JP6914615B2 - Methods for manufacturing negative electrode materials for lithium-ion batteries, lithium-ion batteries, negative electrode materials for lithium-ion batteries, and their manufacturing equipment. - Google Patents

Methods for manufacturing negative electrode materials for lithium-ion batteries, lithium-ion batteries, negative electrode materials for lithium-ion batteries, and their manufacturing equipment. Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン電池の負極材料、リチウムイオン電池、リチウムイオン電池の負極材料の製造方法及びその製造装置に関する。 The present invention relates to a negative electrode material for a lithium ion battery, a lithium ion battery, a method for manufacturing a negative electrode material for a lithium ion battery, and a manufacturing apparatus thereof.

従来から採用されているリチウムイオン電池は、その負極側に、負極活物質(以下、「負極材料」ともいう)の黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛等)と負極材とを結着材を用いて混合した合剤層を備える負電極を有している。また、その正極側は、正極材及び正極活物質のリチウム(Li)酸化物粉末(LiCoO、LiNiO、LiMnO等)と導電性黒鉛(主にカーボンブラック等)とを結着材(PVDF:ポリフッ化ビニリデン等)を用いて混合し、塗布形成した合剤層を備える正電極を有している。また、リチウムイオン電池のセル容器内には電解液が満たされるとともに、負極材と正極材との間にはセパレータ(主に、ポリオレフィン系多孔質材、又は多孔質のポリプロピレン・シート等)が設けられている。 Conventionally adopted lithium ion batteries use a binder material on the negative electrode side of the negative electrode active material (hereinafter, also referred to as “negative electrode material”) graphite (natural graphite, artificial graphite, etc.) and the negative electrode material. It has a negative electrode with a mixed mixture layer. Further, on the positive electrode side, a binder material (PVDF) is formed by bonding lithium (Li) oxide powder (LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2, etc.) of the positive electrode material and the positive electrode active material and conductive graphite (mainly carbon black, etc.). : It has a positive electrode provided with a mixture layer formed by mixing with polyvinylidene fluoride, etc.). Further, the cell container of the lithium ion battery is filled with an electrolytic solution, and a separator (mainly a polyolefin-based porous material or a porous polypropylene sheet or the like) is provided between the negative electrode material and the positive electrode material. Has been done.

上述のセパレータは、電解液を通過させ、リチウムイオンの移動を生じさせることを可能にして、電気的な短絡が起こらないように電極間を分離するように設けられている。 The above-mentioned separator is provided so as to allow the electrolytic solution to pass through and cause the movement of lithium ions, and to separate the electrodes so that an electrical short circuit does not occur.

リチウムイオン電池の充放電は、リチウムイオンが電解液中で負極材と正極材との間を移動することによって行われる。充電時においては、リチウムイオンは負極側に移動し、放電時においては、リチウムイオンは正極側に移動する。充電は、外部接続の電源を通じて行われ、放電は外部接続の抵抗(負荷)を介して行われる。 Charging and discharging of a lithium ion battery is performed by moving lithium ions between a negative electrode material and a positive electrode material in an electrolytic solution. During charging, lithium ions move to the negative electrode side, and during discharging, lithium ions move to the positive electrode side. Charging is done through an externally connected power source and discharging is done through an externally connected resistor (load).

ところで、リチウムイオン電池の分野で、近年、その負極活物質に、上記の黒鉛に代わる素材として、シリコン粒子を用いる技術が開示されている。例えば、シリコン粒子の例として、単結晶シリコンを乳鉢で粉砕し、メッシュを用いて分級することによって形成した、直径が約38ミクロン(μm)以下の粉末を、アルゴン雰囲気中30℃/分の昇温速度で150℃(到達温度)にまで加熱されたもの(特許文献1参照)がある。また、他の例として、高温高濃度の亜鉛ガス中に液状の四塩化ケイ素を供給し、1050℃以上の高温状態で反応させることによって、四塩化ケイ素を還元してシリコン粒子を形成し、該微細なシリコンを1000℃以下、特に500〜800℃にて結晶成長並びに凝集させた後、形成したシリコン粒子の粒度を調整し、塩化亜鉛水溶液中に集める。この作業により、粒径が1〜100μm程度の高純度シリコン粒子が得られること、及びそれを利用することが開示されている(特許文献2参照)。 By the way, in the field of lithium ion batteries, in recent years, a technique of using silicon particles as a material in place of the above-mentioned graphite as the negative electrode active material has been disclosed. For example, as an example of silicon particles, a powder having a diameter of about 38 microns (μm) or less formed by crushing single crystal silicon in a mortar and classifying using a mesh is raised at 30 ° C./min in an argon atmosphere. Some are heated to 150 ° C. (reached temperature) at a temperature rate (see Patent Document 1). Further, as another example, by supplying liquid silicon tetrachloride into high-temperature and high-concentration zinc gas and reacting it at a high temperature of 1050 ° C. or higher, silicon tetrachloride is reduced to form silicon particles. After crystal growth and aggregation of fine silicon at 1000 ° C. or lower, particularly 500 to 800 ° C., the particle size of the formed silicon particles is adjusted and collected in an aqueous zinc chloride solution. It is disclosed that high-purity silicon particles having a particle size of about 1 to 100 μm can be obtained by this work, and that they can be used (see Patent Document 2).

特開2005−032733号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-032733 特開2012−101998号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-101998 国際公開公報第WO2015/189926号パンフレットInternational Publication No. WO2015 / 189926 Pamphlet 国際公開公報第WO2013/027686号パンフレットInternational Publication No. WO2013 / 027686 Pamphlet

しかしながら、従来技術においては、負極材料としてシリコン粒子を用いる場合、その充放電における電気容量を増大させることができるが、一方で、シリコン粒子内にリチウムを吸蔵・放出して、シリコン粒子が体積変動し、又は破壊されることになる。その結果、充放電のサイクル特性が維持できないという問題が存在している。 However, in the prior art, when silicon particles are used as the negative electrode material, the electric capacity in charging and discharging can be increased, but on the other hand, lithium is occluded and released into the silicon particles, and the volume of the silicon particles fluctuates. Or will be destroyed. As a result, there is a problem that the charge / discharge cycle characteristics cannot be maintained.

例えば、上述の特許文献1及び2において開示されているシリコン粒子の場合、高温の合成と採集工程を行う必要があるため、負極材料としてのシリコン粒子を得るまでの製造工程が極めて複雑になる。その結果、生産性の低下を招いたり、製造コスト高になることが避けられない。また、特許文献3において開示されている技術は、シリコン粒子の一部が、例えば膨張収縮によって電気的に孤立しないように配慮されている点で有効であるが、改善の余地はまだまだ残されている。すなわち、シリコン粒子を用いたリチウムイオン電池の開発は未だ途上にある。 For example, in the case of the silicon particles disclosed in Patent Documents 1 and 2 described above, since it is necessary to perform a high temperature synthesis and collection process, the manufacturing process until the silicon particles as the negative electrode material are obtained becomes extremely complicated. As a result, it is inevitable that productivity will decrease and manufacturing costs will increase. Further, the technique disclosed in Patent Document 3 is effective in that some of the silicon particles are not electrically isolated due to expansion and contraction, for example, but there is still room for improvement. There is. That is, the development of lithium-ion batteries using silicon particles is still in progress.

本願発明者らは、上述の技術的課題を踏まえ、負極材料として利用する材料をシリコン粒子のみに拘泥することなく、リチウムイオン電池のメカニズムに適応し得る、より高性能の負極材料を見出すべく、鋭意研究と分析を重ねた。 Based on the above-mentioned technical problems, the inventors of the present application have sought to find a higher performance negative electrode material that can be applied to the mechanism of a lithium ion battery without limiting the material used as the negative electrode material to only silicon particles. Diligent research and analysis were repeated.

その結果、本願発明者らは、特異な態様において、ある特徴的なシリコン微細粒子を、黒鉛を用いて形成された内部空間に取り込み、それを囲って内在化させ、いわば一体化ないし合体させることにより(以下、「複合化」ともいう)、その特徴的なシリコン微細粒子の有用性を顕著に高めた、より高性能の負極材料を実現し得るとの知見を得た。本発明は、上述の視点に基づいて創出された。 As a result, the inventors of the present application, in a peculiar aspect, take in a characteristic silicon fine particle into an internal space formed by using graphite, surround it and internalize it, so to speak, integrate or unite it. As a result (hereinafter, also referred to as "composite"), it was found that a higher performance negative electrode material can be realized in which the usefulness of the characteristic silicon fine particles is remarkably enhanced. The present invention was created based on the above viewpoint.

本発明は、従来のシリコン粒子を用いた負極材料が抱えていた充放電のサイクル特性等に関する諸問題の少なくとも一部を解決するとともに、炭酸ガスの削減効果も期待されているリチウムイオン電池について、より高性能のリチウムイオン電池の負極材料及びその製造方法の実現に大きく貢献するものである。 The present invention solves at least a part of various problems related to charge / discharge cycle characteristics and the like that a conventional negative electrode material using silicon particles has, and is expected to have an effect of reducing carbon dioxide gas. It greatly contributes to the realization of negative electrode materials for higher performance lithium-ion batteries and their manufacturing methods.

本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料は、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有するシリコン微細粒子及び/又は該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物であって、少なくとも複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物を含み、かつ黒鉛が、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の少なくとも一部を囲う。 The negative electrode material of one lithium ion battery of the present invention is silicon fine particles having a volume distribution having a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less and / or an aggregate or aggregate of the silicon fine particles, and at least multi-layer petals. It contains the agglomerates or aggregates in a shape or scaly fold, and graphite surrounds at least a part of the silicon fine particles and / or the agglomerates or the aggregates.

上述の負極材料は、シリコン微細粒子及び/又は複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物の少なくとも一部が黒鉛によって囲われた状態の複合物を含んでいる。加えて、シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物は、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する非常に微細な凝集物あるいは集合物である。そのため、詳しいメカニズムは未だ明らかではないが、上述の該凝集物あるいは該集合物が備える複層花弁状又は鱗片状の形状の特異性と相まって、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物が黒鉛によって囲われることにより、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の自由度をある程度抑制することが、該黒鉛と該シリコン微細粒子及び/又は該黒鉛と該凝集物あるいは該集合物との協働性を高めることにつながる。その結果、この負極材料を採用することにより、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池を実現することができる。あるいは、充放電容量の増大を実現し得る。 The above-mentioned negative electrode material is a composite of silicon fine particles and / or agglomerates or aggregates of the silicon fine particles in a state of being folded in a multi-layer petal shape or a scale shape, in which at least a part of the aggregates is surrounded by graphite. Includes. In addition, the silicon fine particles and / or the agglomerates or aggregates are very fine agglomerates or aggregates having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less. Therefore, although the detailed mechanism is not yet clear, the silicon fine particles and / or the aggregate or the aggregate, coupled with the specificity of the multi-layer petal-like or scaly shape of the aggregate or the aggregate described above. By surrounding the object with graphite, the degree of freedom of the silicon fine particles and / or the agglomerates or the aggregate can be suppressed to some extent by the graphite and the silicon fine particles and / or the graphite and the agglomerates or This leads to enhanced cooperation with the aggregate. As a result, by adopting this negative electrode material, it is possible to realize a lithium ion battery in which the charge / discharge capacity does not change much even if charging / discharging is repeated, in other words, the charging / discharging cycle characteristics are good. Alternatively, an increase in charge / discharge capacity can be realized.

また、本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料の製造装置は、結晶性シリコンを粉砕することにより、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有するシリコン微細粒子及び/又は該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物であって、少なくとも複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物を形成する粉砕部と、黒鉛が、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の少なくとも一部を囲うことによって、前述の黒鉛と該シリコン微細粒子とを含む複合体、あるいは該黒鉛と該凝集物あるいは該集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成部と、を備える。 Further, in the apparatus for producing a negative electrode material of one lithium ion battery of the present invention, by crushing crystalline silicon, silicon fine particles having a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less have a volume distribution and / or the silicon fine particles. Aggregates or aggregates of By enclosing at least a part of the object or the aggregate, a complex containing the above-mentioned graphite and the silicon fine particles, or a complex containing the graphite and the aggregate or the aggregate is formed. It is provided with a forming portion.

このリチウムイオン電池の負極材料の製造装置によれば、粉砕部によって、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する非常に微細な、シリコン微細粒子及び/又は該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物を形成する。ここで、少なくとも複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物が形成される。加えて、この製造装置は、少なくとも一部の該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物を黒鉛が囲うことによって、その黒鉛と該シリコン微細粒子とを含む複合体、あるいはその黒鉛と該凝集物あるいは該集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成部をさらに備えている。そのため、詳しいメカニズムは未だ明らかではないが、上述の該凝集物あるいは該集合物が備える複層花弁状又は鱗片状の形状の特異性と相まって、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物が黒鉛によって囲われることにより、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の自由度をある程度抑制することが、該黒鉛と該シリコン微細粒子及び/又は該黒鉛と該凝集物あるいは該集合物との協働性を高めることにつながる。その結果、この製造装置によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の負極材料、あるいは充放電容量を増大し得るリチウムイオン電池の負極材料の製造に貢献し得る。 According to the equipment for producing the negative electrode material of this lithium ion battery, very fine silicon fine particles and / or agglomerates of the silicon fine particles having a volume distribution having a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less are used depending on the crushed portion. Form an aggregate. Here, at least the aggregate or the aggregate in a state of being folded in a multi-layered petal shape or a scale shape is formed. In addition, the manufacturing apparatus comprises at least a part of the silicon fine particles and / or agglomerates or aggregates surrounded by graphite to form a composite containing the graphite and the silicon fine particles, or the graphite. It further comprises a complex forming portion that forms a complex containing the aggregate or the aggregate. Therefore, although the detailed mechanism is not yet clear, the silicon fine particles and / or the aggregate or the aggregate, coupled with the specificity of the multi-layer petal-like or scaly shape of the aggregate or the aggregate described above. By surrounding the object with graphite, the degree of freedom of the silicon fine particles and / or the agglomerates or the aggregate can be suppressed to some extent by the graphite and the silicon fine particles and / or the graphite and the agglomerates or This leads to enhanced cooperation with the aggregate. As a result, according to this manufacturing apparatus, the charge / discharge capacity does not change much even if charging / discharging is repeated, in other words, the negative electrode material of the lithium ion battery having good charging / discharging cycle characteristics, or the charging / discharging capacity can be increased. It can contribute to the production of negative electrode materials for lithium-ion batteries.

また、本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料の製造方法は、結晶性シリコンを粉砕することにより、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有するシリコン微細粒子及び/又は該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物であって、少なくとも複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物を形成する粉砕工程と、黒鉛が、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の少なくとも一部を囲うことによって、該黒鉛と該シリコン微細粒子とを含む複合体、あるいは該黒鉛と該凝集物あるいは該集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成工程と、を含む。 Further, in the method for producing a negative electrode material of one lithium ion battery of the present invention, by crushing crystalline silicon, silicon fine particles having a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less have a volume distribution and / or the silicon fine particles. The pulverization step of forming the aggregate or aggregate in a state of being folded into at least multi-layer petals or scales, and the graphite is the silicon fine particles and / or the aggregate. Complex formation that encloses at least a part of an object or an aggregate to form a complex containing the graphite and the silicon fine particles, or a complex containing the graphite and the aggregate or the aggregate. Including the process.

このリチウムイオン電池の負極材料の製造方法によれば、粉砕工程によって、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する非常に微細な、シリコン微細粒子及び/又は該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物を形成する。ここで、少なくとも複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物が形成される。加えて、この製造方法は、少なくとも一部の該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物を黒鉛が囲うことによって、その黒鉛と該シリコン微細粒子とを含む複合体、あるいはその黒鉛と該凝集物あるいは該集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成工程をさらに備えている。そのため、詳しいメカニズムは未だ明らかではないが、上述の該凝集物あるいは該集合物が備える複層花弁状又は鱗片状の形状の特異性と相まって、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物が黒鉛によって囲われることにより、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の自由度をある程度抑制することが、該黒鉛と該シリコン微細粒子及び/又は該黒鉛と該凝集物あるいは該集合物との協働性を高めることにつながる。その結果、この製造装置によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の負極材料、あるいは充放電容量を増大し得るリチウムイオン電池の負極材料の製造に貢献し得る。 According to the method for producing a negative electrode material of a lithium ion battery, very fine silicon fine particles and / or agglomerates of the silicon fine particles having a volume distribution having a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less are formed by a pulverization step. Form an aggregate. Here, at least the aggregate or the aggregate in a state of being folded in a multi-layered petal shape or a scale shape is formed. In addition, in this production method, at least a part of the silicon fine particles and / or the aggregate or the aggregate is surrounded by graphite, so that the graphite and the composite containing the silicon fine particles, or the graphite thereof. It further comprises a complex forming step of forming a complex containing the aggregate or the aggregate. Therefore, although the detailed mechanism is not yet clear, the silicon fine particles and / or the aggregate or the aggregate, coupled with the specificity of the multi-layer petal-like or scaly shape of the aggregate or the aggregate described above. By surrounding the object with graphite, the degree of freedom of the silicon fine particles and / or the agglomerates or the aggregate can be suppressed to some extent by the graphite and the silicon fine particles and / or the graphite and the agglomerates or This leads to enhanced cooperation with the aggregate. As a result, according to this manufacturing apparatus, the charge / discharge capacity does not change much even if charging / discharging is repeated, in other words, the negative electrode material of the lithium ion battery having good charging / discharging cycle characteristics, or the charging / discharging capacity can be increased. It can contribute to the production of negative electrode materials for lithium-ion batteries.

ところで、上述の各発明における結晶性シリコンには、単結晶シリコンのみならず、多結晶シリコンが含まれる。また、上述の各発明における結晶性シリコンとして金属性のシリコンを選択することもできる。なお、上述の各発明の結晶性シリコンが、例えばシリコンウェハの生産過程におけるシリコンの切削加工において通常は廃棄物とされるシリコンの切粉あるいはシリコンの切削屑又は研磨屑であることは、製造コストの低減、環境への負荷の低減、資源の再利用等の多様な観点から、非常に好適な一態様である。 By the way, the crystalline silicon in each of the above-mentioned inventions includes not only single crystal silicon but also polycrystalline silicon. Further, metallic silicon can be selected as the crystalline silicon in each of the above-mentioned inventions. It should be noted that the crystalline silicon of each of the above-mentioned inventions is, for example, silicon chips or silicon cutting chips or polishing chips that are usually regarded as waste in the silicon cutting process in the production process of a silicon wafer, which is a manufacturing cost. This is a very suitable mode from various viewpoints such as reduction of the amount of water, reduction of the load on the environment, and reuse of resources.

従って、製造コストの低減、原材料の調達の容易性、環境への負荷の低減、及び/又は資源の活用性等の観点から言えば、結晶性シリコンの切粉又は切削屑を含み、かつ黒鉛が、該切粉又は該切削屑の少なくとも一部を囲うリチウムイオン電池の負極材料も、他の採用し得る一態様である。また、黒鉛が、結晶性シリコンの切粉又は切削屑の少なくとも一部を囲うことによって、該黒鉛と該切粉又は該切削屑とを含む複合体を形成する複合体形成部を備えるリチウムイオン電池の負極材料の製造装置も、他の採用し得る一態様である。加えて、黒鉛が、結晶性シリコンの切粉又は切削屑の少なくとも一部を囲うことによって、該黒鉛と該切粉又は該切削屑とを含む複合体を形成する複合体形成工程を含むリチウムイオン電池の負極材料の製造方法も、他の採用し得る一態様である。 Therefore, from the viewpoints of reduction of manufacturing cost, ease of procurement of raw materials, reduction of environmental load, and / or resource utilization, etc., graphite contains crystalline silicon chips or cutting chips. A negative electrode material of a lithium ion battery that surrounds at least a part of the chips or cutting chips is also another aspect that can be adopted. Further, a lithium ion battery comprising a complex forming portion in which graphite surrounds at least a part of chips or cutting chips of crystalline silicon to form a composite containing the graphite and the chips or cutting chips. The device for producing the negative electrode material of the above is also another aspect that can be adopted. In addition, lithium ions include a complex forming step in which graphite encloses at least a portion of crystalline silicon chips or cutting chips to form a complex containing the graphite and the chips or cutting chips. A method for producing a negative electrode material for a battery is also another aspect that can be adopted.

さらに、上述の各発明においては、複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の上述の凝集物あるいは集合物が、より確度高く、又はより容易に、リチウムイオンを蓄え易く、また放出し易くなるために、上述の凝集物あるいは上述の集合物、あるいは上述の切粉又は上述の切削屑の表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたリチウムイオン電池の負極材料を採用することは、他の好適な一態様である。リチウムイオンを蓄え易さ、又は放出し易さの観点から言えば、上述の凝集物あるいは上述の集合物、あるいは上述の切粉又は上述の切削屑の表面上の少なくとも一部を覆う炭素を形成する被覆形成部を備えるリチウムイオン電池の負極材料の製造装置を採用することは、他の好適な一態様である。同様に、上述の凝集物あるいは上述の集合物、あるいは上述の切粉又は上述の切削屑の表面上の少なくとも一部を覆う炭素を形成する被覆形成工程を備えるリチウムイオン電池の負極材料の製造方法を採用することは、他の好適な一態様である。 Further, in each of the above-mentioned inventions, the above-mentioned aggregates or aggregates in a state of being folded in a multi-layered petal shape or a scale shape are more likely to store and release lithium ions with higher accuracy or more easily. In order to do so, it is possible to employ a negative electrode material of a lithium ion battery in which at least a part of the surface of the above-mentioned agglomerates or the above-mentioned aggregates, or the above-mentioned chips or the above-mentioned cutting chips is covered with carbon. Is a preferred embodiment of. From the viewpoint of easy storage or release of lithium ions, it forms carbon covering at least a part on the surface of the above-mentioned aggregates or the above-mentioned aggregates, or the above-mentioned chips or the above-mentioned cutting chips. It is another preferred embodiment to employ an apparatus for producing a negative electrode material of a lithium ion battery including a coating forming portion. Similarly, a method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery comprising a coating forming step of forming carbon covering at least a part on the surface of the above-mentioned aggregate or the above-mentioned aggregate, or the above-mentioned chips or the above-mentioned cutting chips. Is another preferred embodiment.

また、上述の各発明においては、黒鉛、より積極的に表現すれば黒鉛のいわば「層」(例えば、グラフェン又はグラフェンシート)が、上述の非常に微細であって特異な形状を有する凝集物あるいは集合物を囲っている。しかしながら、その黒鉛が、シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物を必ずしも完全に包囲しているわけではない。従って、上述の複合物は、該凝集物あるいは該集合物が黒鉛の中に内包されたものというよりは、むしろ黒鉛によって囲われたものと言える。 Further, in each of the above-mentioned inventions, graphite, or more positively expressed as a so-called "layer" (for example, graphene or graphene sheet) of graphite, is the above-mentioned agglomerate having a very fine and peculiar shape. Surrounds the aggregate. However, the graphite does not necessarily completely enclose the silicon microparticles and / or the agglomerates or aggregates. Therefore, it can be said that the above-mentioned composite is surrounded by graphite rather than the aggregate or the aggregate contained in graphite.

本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池を実現することができる。あるいは、充放電容量の増大を実現し得る。また、本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料の製造装置によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の負極材料、あるいは充放電容量を増大し得るリチウムイオン電池の負極材料の製造に貢献し得る。加えて、本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料の製造方法によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の負極材料、あるいは充放電容量を増大し得るリチウムイオン電池の負極材料の製造に貢献し得る。 According to the negative electrode material of one lithium-ion battery of the present invention, it is possible to realize a lithium-ion battery in which the charge / discharge capacity does not change much even if charging / discharging is repeated, in other words, the charging / discharging cycle characteristics are good. Alternatively, an increase in charge / discharge capacity can be realized. Further, according to the device for manufacturing the negative electrode material of one lithium ion battery of the present invention, the change in charge / discharge capacity is small even if charging / discharging is repeated, in other words, the negative electrode of a lithium ion battery having good charge / discharge cycle characteristics. It can contribute to the production of materials or negative electrode materials for lithium-ion batteries that can increase the charge / discharge capacity. In addition, according to one method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery of the present invention, a lithium ion battery having a good charge / discharge cycle characteristic, in other words, has a small change in charge / discharge capacity even after repeated charge / discharge. It can contribute to the production of a negative electrode material or a negative electrode material of a lithium ion battery that can increase the charge / discharge capacity.

第1の実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造工程を示すフロー図である。It is a flow chart which shows the manufacturing process of the negative electrode material of the lithium ion battery of 1st Embodiment. 第1の実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置及び製造工程を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing apparatus and manufacturing process of the negative electrode material of the lithium ion battery of 1st Embodiment. 第1の実施形態の被覆形成工程(S4)を経たシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物の一例のTEM(透過型電子顕微鏡)像を示す図である。It is a figure which shows the TEM (transmission electron microscope) image of an example of silicon fine particles and / or aggregates or aggregates thereof which went through the coating formation step (S4) of 1st Embodiment. 第1の実施形態のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物の一例のSEM像である。It is an SEM image of an example of silicon fine particles and / or aggregates or aggregates thereof of the first embodiment. 第1の実施形態における、拡大されたシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物の一例のSEM像である。It is an SEM image of an example of enlarged silicon fine particles and / or aggregates or aggregates thereof in the first embodiment. 第1の実施形態における、(a)シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物の他の例のSEM像、及び(b)(a)の一部の拡大図である。FIG. 5 is an SEM image of (a) another example of an aggregate or aggregate of silicon fine particles in the first embodiment, and (b) a partially enlarged view of (a). 第1の実施形態のシリコン微細粒子のTEM像を示す図である。It is a figure which shows the TEM image of the silicon fine particle of 1st Embodiment. 第1の実施形態のシリコン微細粒子等の結晶子径に対する、(a)個数分布における結晶子径分布と、(b)体積分布における結晶子径分布とを示すグラフである。It is a graph which shows (a) the crystallite diameter distribution in the number distribution, and (b) the crystallite diameter distribution in the volume distribution with respect to the crystallite diameter of the silicon fine particles of the 1st Embodiment. 第1の実施形態のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物のX線回折測定の結果((a)広範囲,(b)限定された範囲)を示すグラフである。It is a graph which shows the result ((a) wide range, (b) limited range) of the X-ray diffraction measurement of silicon fine particles and / or aggregates or aggregates thereof of 1st Embodiment. 第2の実施形態のリチウムイオン電池の概要構成図である。It is a schematic block diagram of the lithium ion battery of 2nd Embodiment. 他の実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置及び製造工程を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing apparatus and manufacturing process of the negative electrode material of the lithium ion battery of another embodiment.

本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。なお、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。また、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略され得る。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, common reference numerals are given to common parts throughout the drawings unless otherwise specified. Further, in the figure, each of the elements of each embodiment is not necessarily shown while maintaining a scale ratio of each other. In addition, some reference numerals may be omitted in order to make each drawing easier to see.

<第1の実施形態>
図1は、本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造工程を示すフロー図である。また、図2は、本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置及び製造工程を示す概要図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a flow chart showing a manufacturing process of a negative electrode material for the lithium ion battery of the present embodiment. Further, FIG. 2 is a schematic view showing a manufacturing apparatus and a manufacturing process of the negative electrode material of the lithium ion battery of the present embodiment.

本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法、及びその負極材料を備えたリチウムイオン電池の製造方法は、例えば太陽電池等の半導体製品に使用されるシリコンウェハの生産過程におけるシリコンの切削加工において通常は廃棄物とされるシリコンの切粉あるいはシリコンの切削屑又は研磨屑(以下、「シリコンの切粉等」又は「切粉等」ともいう)を出発材料の一例とした、各種の工程を備える。また、切粉等には、廃棄対象となったシリコンウェハを公知の粉砕機によって粉砕した微細な屑も含まれる。図1に示すように、本実施形態のリチウムイオン電池の製造方法は、以下の(1)、(2)、(5)、及び(6)の工程、あるいは、以下の(1)、(2)、(4)、(5)、及び(6)の工程を含む。また、本実施形態のリチウムイオン電池の製造方法は、採用し得る他の一態様として、以下の(3)の工程をさらに含むことができる。
(1)洗浄工程(S1)
(2)粉砕工程(S2)
(3)酸化膜除去工程(S3)
(4)被覆形成工程(S4)
(5)複合体形成工程(S5)
(6)負極形成工程(S6)
The method for manufacturing a negative electrode material of a lithium ion battery of the present embodiment and the method for manufacturing a lithium ion battery provided with the negative electrode material are, for example, cutting silicon in the production process of a silicon wafer used for a semiconductor product such as a solar cell. Various processes using silicon chips or silicon cutting chips or polishing chips (hereinafter, also referred to as "silicon chips, etc." or "chips, etc."), which are usually regarded as waste, as an example of a starting material. To be equipped. In addition, chips and the like also include fine chips obtained by crushing a silicon wafer to be discarded by a known crusher. As shown in FIG. 1, the method for manufacturing the lithium ion battery of the present embodiment is the following steps (1), (2), (5), and (6), or the following steps (1) and (2). ), (4), (5), and (6). In addition, the method for manufacturing a lithium ion battery of the present embodiment can further include the following step (3) as another aspect that can be adopted.
(1) Cleaning step (S1)
(2) Crushing step (S2)
(3) Oxide film removing step (S3)
(4) Coating forming step (S4)
(5) Complex formation step (S5)
(6) Negative electrode forming step (S6)

また、図2に示すように、本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置100は、主として、洗浄機(洗浄兼予備粉砕機)10、粉砕機20、乾燥機(図示しない)、ロータリーエバポレータ40、シリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物(以下、代表して「シリコン微細粒子等」とも表現する)の表面上の少なくとも一部を覆う炭素を形成する被覆形成部60、少なくとも一部のシリコン微細粒子等を黒鉛が囲うことによって、その黒鉛とシリコン微細粒子等とを含む複合体を形成する複合体形成部70、及びリチウムイオン電池の負極形成工程の一部を担う混合部80を備える。なお、上述の各構成のうち、被覆形成部60を含まないリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置100も、採用し得る他の一態様である。 Further, as shown in FIG. 2, the manufacturing apparatus 100 for the negative electrode material (or negative electrode) of the lithium ion battery of the present embodiment mainly includes a washing machine (cleaning and pre-crushing machine) 10, a crushing machine 20, and a dryer (not shown). (Not), rotary evaporator 40, silicon fine particles and / or agglomerates or aggregates thereof (hereinafter, also collectively referred to as “silicon fine particles, etc.”), a coating forming a carbon covering at least a part of the surface. Part 60, a composite forming part 70 that forms a composite containing graphite and silicon fine particles by surrounding at least a part of silicon fine particles and the like, and a part of a negative electrode forming step of a lithium ion battery. The mixing unit 80 is provided. Of the above configurations, the apparatus 100 for manufacturing the negative electrode material (or negative electrode) of the lithium ion battery, which does not include the coating forming portion 60, is another aspect that can be adopted.

また、本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置100は、採用し得る他の一態様として、酸化膜除去槽50、遠心分離機58を備えることができる。なお、上記の粉砕機20のみ、あるいは洗浄機10及び粉砕機20を、本実施形態における粉砕部という。 Further, the apparatus 100 for manufacturing the negative electrode material (or the negative electrode) of the lithium ion battery of the present embodiment may include an oxide film removing tank 50 and a centrifuge 58 as another aspect that can be adopted. Only the above-mentioned crusher 20, or the washing machine 10 and the crusher 20 are referred to as a crushing unit in the present embodiment.

(1)洗浄工程(S1)
本実施形態の洗浄工程(S1)においては、例えば、単結晶又は多結晶のシリコン、すなわち、結晶性シリコンの塊又はインゴット(n型の結晶性シリコンの塊又はインゴット)の切削過程において形成されるシリコンの切粉等が洗浄される。代表的なシリコンの切粉等は、シリコンのインゴットが公知のワイヤ等(代表的には、固定砥粒ワイヤ)によって削り出される切粉等である。従って、本実施形態においては、従来、云わば廃材とされてきたシリコンの切粉等を出発材として、リチウムイオン電池の負極材料を構成するシリコン微細粒子等を形成するため、製造コストの低減、原材料の調達の容易性、環境への負荷の低減、及び/又は資源の活用性の観点で優れている。
(1) Cleaning step (S1)
In the cleaning step (S1) of the present embodiment, for example, it is formed in the cutting process of single crystal or polycrystalline silicon, that is, a crystalline silicon mass or an ingot (n-type crystalline silicon mass or ingot). Silicon chips and the like are washed. A typical silicon chip or the like is a chip or the like in which a silicon ingot is machined by a known wire or the like (typically, a fixed abrasive wire). Therefore, in the present embodiment, silicon fine particles and the like constituting the negative electrode material of the lithium ion battery are formed by using silicon chips and the like, which have been conventionally regarded as waste materials, as a starting material, so that the manufacturing cost can be reduced. It is excellent in terms of ease of procurement of raw materials, reduction of environmental load, and / or resource utilization.

本実施形態の洗浄工程(S1)は、主として、上述のシリコンの切粉等の形成過程において付着する有機物、代表的には、切削過程で使用するクーラント剤及び添加剤等の有機物の除去を目的とする。本実施形態においては、図2に示すように、まず、洗浄対象となる切粉等1を秤量した後、その切粉等1と所定の第1液体、並びにボール11が、有底円筒形のポット13a内に導入される。蓋13bを用いてポット13a内を密閉にした後、洗浄機(洗浄兼予備粉砕機)10であるボールミル機が有する円柱状の2本の回転体15を回転させることによって、回転体15上のポット13aを回転させる。その結果、ポット13a内において、洗浄対象となる切粉等1を第1液体中に分散させることにより切粉等1の洗浄、及び予備的な粉砕処理が行われる。 The cleaning step (S1) of the present embodiment is mainly aimed at removing organic substances adhering in the process of forming silicon chips and the like described above, and typically organic substances such as coolants and additives used in the cutting process. And. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, first, the chips and the like 1 to be cleaned are weighed, and then the chips and the like 1, the predetermined first liquid, and the balls 11 have a bottomed cylindrical shape. It is introduced into the pot 13a. After sealing the inside of the pot 13a using the lid 13b, the two columnar rotating bodies 15 of the ball mill machine, which is the washing machine (cleaning and pre-crushing machine) 10, are rotated to rotate the rotating body 15 on the rotating body 15. Rotate the pot 13a. As a result, in the pot 13a, the chips and the like 1 to be cleaned are dispersed in the first liquid to perform the cleaning of the chips and the like 1 and the preliminary pulverization treatment.

ここで、本実施形態のボールミル機は、ポット13a及び蓋13bに収められた鋼球、磁器製ボール、玉石及びその類似物をボール11(粉砕媒体)とし、ポット13a及び蓋13bを回転させることによって物理的な衝撃力を与える粉砕機である。また、上述の第1液体の好適な例は、アセトンである。また、より具体的な一態様においては、例えば、シリコンの切粉等の100グラム(g)に対してアセトン300ミリリットル(mL)を添加し、ボールミル機(本実施形態においては、MASUDA社製、Universal BALL MILL)の回転体15上に乗せられたポット13a及び蓋13b内で約1時間撹拌することにより、シリコンの切粉等をアセトン中に分散させた。なお、ボールミル機のボール種は、粒径φ10ミリメートル(mm)のアルミナボールと粒径φ20mmのアルミナボールであった。なお、本実施形態の洗浄工程(S1)においては、ボールミル機内において、シリコンの切粉等を第1液体中で予備粉砕及び撹拌することによって分散処理を行っている。従って、単に第1液体に浸漬させるだけの処理よりも、洗浄効率を格段に高めることになるため、リチウムイオン電池の負極特性の向上、特に充放電サイクル特性の向上の観点で好適なシリコン粒子を得ることが可能となる。 Here, in the ball mill machine of the present embodiment, steel balls, porcelain balls, balls and the like are used as balls 11 (crushing medium) contained in the pot 13a and the lid 13b, and the pot 13a and the lid 13b are rotated. It is a crusher that gives a physical impact force. A preferred example of the first liquid described above is acetone. Further, in a more specific embodiment, for example, 300 ml (mL) of acetone is added to 100 g (g) of silicon chips or the like, and a ball mill machine (in this embodiment, manufactured by MASUDA Co., Ltd.) is added. Silicon chips and the like were dispersed in acetone by stirring in the pot 13a and the lid 13b placed on the rotating body 15 of Universal BALL MILL) for about 1 hour. The ball types of the ball mill machine were alumina balls having a particle size of φ10 mm (mm) and alumina balls having a particle size of φ20 mm. In the cleaning step (S1) of the present embodiment, the dispersion treatment is performed by pre-grinding and stirring silicon chips and the like in the first liquid in the ball mill machine. Therefore, since the cleaning efficiency is remarkably improved as compared with the treatment of simply immersing in the first liquid, silicon particles suitable for improving the negative electrode characteristics of the lithium ion battery, particularly the charge / discharge cycle characteristics, can be used. It becomes possible to obtain.

洗浄工程(S1)の後、蓋13bを開けてシリコン粒子を第1液体とともに排出した後、公知の減圧濾過手段により、第1液体は吸引ろ過にて除去されて廃液となる。一方、残ったシリコン粒子は、公知の乾燥機内において乾燥される。なお、必要に応じて、乾燥処理後に得られたシリコン粒子を、同一工程によって再び洗浄機(洗浄兼予備粉砕機)10内において予備粉砕及び洗浄が行われる。なお、洗浄工程(S1)において採用され得る他の洗浄方法の例は、RCA洗浄法を用いた洗浄、又は水(純水を含む)を用いた洗浄である。 After the cleaning step (S1), the lid 13b is opened to discharge the silicon particles together with the first liquid, and then the first liquid is removed by suction filtration by a known vacuum filtration means to become a waste liquid. On the other hand, the remaining silicon particles are dried in a known dryer. If necessary, the silicon particles obtained after the drying treatment are pre-crushed and washed again in the washing machine (washing and pre-crushing machine) 10 by the same step. An example of another cleaning method that can be adopted in the cleaning step (S1) is cleaning using the RCA cleaning method or cleaning using water (including pure water).

(2)粉砕工程(S2)
その後、粉砕工程(S2)においては、洗浄されたシリコン粒子に所定の第2液体を添加して、ビーズミル機内においてシリコン粒子の粉砕処理が行われる。従って、本実施形態においては、前述のボールミル機の後、換言すれば、前述のボールミル機による粉砕の後に用いられるビーズミル機によって、洗浄工程(S1)を経たシリコン粒子がさらに細かく粉砕されることになる。
(2) Crushing step (S2)
After that, in the pulverization step (S2), a predetermined second liquid is added to the washed silicon particles, and the silicon particles are pulverized in the bead mill machine. Therefore, in the present embodiment, the silicon particles that have undergone the cleaning step (S1) are further finely crushed by the bead mill machine used after the above-mentioned ball mill machine, in other words, after the crushing by the above-mentioned ball mill machine. Become.

本実施形態の第2液体の好適な例は、IPA(イソプロピルアルコール)である。粉砕工程の前処理として、第2液体と洗浄工程(S1)で得られたシリコン粒子をポット13a内に、重量比で、第2液体が95%に対してシリコン粒子を5%となるように収めた後、洗浄機(洗浄兼予備粉砕機)10のポット13aおよび蓋13bを回転させることによって予備粉砕処理が行われる。予備粉砕処理されたシリコン粒子を含むスラリーを開口部180ミクロンのメッシュに通すことによって比較的粗い粒子が取り除かれた後、得られたシリコン粒子を含むスラリーを、粉砕機20のビーズミル(本実施形態においては、アシザワ・ファインティング社製、スターミルLMZ015)を用いてさらに微粉砕処理する。より具体的には、粒子径180ミクロン以上のシリコン切粉が除去されたシリコン切粉を含むスラリーを、粉砕機20の導入口21へ投入し、粉砕機20で微粉砕処理を行いながら又は該処理後に、排出口24側のフィルタ25へと導く。また、この処理によって微粉砕化が不十分な場合には、ポンプ28を用いてスラリーを粉砕機20の導入口21側へ戻して再度の微粉砕処理を行えるように循環させることによって、微粉砕処理を行うこともできる。具体的なビーズミル機のビーズ種の一例は、粒径φ0.5mmのジルコニアビーズである。微粉砕処理されたシリコン粒子を含むスラリーを回収した後、減圧蒸留を自動で行うロータリーエバポレータ40を用いて第2液体を除去することにより、微粉砕処理された結果物としてのシリコン微細粒子等が得られる。 A preferred example of the second liquid of this embodiment is IPA (isopropyl alcohol). As a pretreatment of the crushing step, the second liquid and the silicon particles obtained in the washing step (S1) are placed in the pot 13a so that the weight ratio of the second liquid is 95% and the silicon particles are 5%. After storing, the pre-crushing process is performed by rotating the pot 13a and the lid 13b of the washing machine (washing and pre-crushing machine) 10. After the relatively coarse particles are removed by passing the slurry containing the pre-ground silicon particles through a mesh having an opening of 180 microns, the obtained slurry containing the silicon particles is subjected to a bead mill of the crusher 20 (the present embodiment). In the above, further fine pulverization treatment is performed using a star mill LMZ015) manufactured by Ashizawa Fineting Co., Ltd. More specifically, a slurry containing silicon chips from which silicon chips having a particle size of 180 microns or more have been removed is charged into the introduction port 21 of the crusher 20 and finely pulverized by the crusher 20 or the same. After the treatment, it leads to the filter 25 on the discharge port 24 side. If the fine pulverization is insufficient by this treatment, the slurry is returned to the introduction port 21 side of the crusher 20 by using the pump 28 and circulated so that the fine pulverization treatment can be performed again. Processing can also be performed. An example of a specific bead type of a bead mill machine is zirconia beads having a particle size of φ0.5 mm. After recovering the slurry containing the finely pulverized silicon particles, the second liquid is removed by using the rotary evaporator 40 that automatically performs vacuum distillation, so that the finely pulverized silicon particles and the like are produced. can get.

なお、本実施形態においては、粒径φ0.5mmのジルコニアビーズを約450g導入し、回転数2900rpm、4時間の微粉砕処理が行われることによって、シリコン微細粒子等を得ることができる。また、粉砕工程(S2)においては、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、衝撃波粉砕機の群からなる粉砕機のうちの上述以外のいずれか、又は2種以上の組み合わせによって粉砕処理を行うことも、採用し得る他の一態様である。また、粉砕工程(S2)において用いられる粉砕機として、自動の粉砕機のみならず手動の粉砕機が採用されても良い。但し、確度高く、後述する複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の、シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物を形成する観点から言えば、ビーズミルによる処理からなる粉砕工程(S2)、又はビーズミルによる処理を含む粉砕工程(S2)が採用されることが好ましい。 In the present embodiment, about 450 g of zirconia beads having a particle size of φ0.5 mm are introduced, and the fine pulverization treatment is performed at a rotation speed of 2900 rpm for 4 hours to obtain silicon fine particles and the like. Further, in the crushing step (S2), it is also adopted that the crushing process is performed by any one of the crushers consisting of a ball mill, a bead mill, a jet mill, and a group of shock wave crushers other than the above, or a combination of two or more kinds. It is another aspect that can be done. Further, as the crusher used in the crushing step (S2), not only an automatic crusher but also a manual crusher may be adopted. However, from the viewpoint of forming agglomerates or aggregates of silicon fine particles in a state of being folded into multi-layer petals or scales, which will be described later with high accuracy, a crushing step (S2) consisting of treatment with a bead mill, or It is preferable that the pulverization step (S2) including the treatment with a bead mill is adopted.

また、公知のライカイ機(代表的なライカイ機として、株式会社石川工場社製、型式20D型)を用いて、上述の粉砕工程(S2)によって得られたシリコン微細粒子等をさらに解砕することは、採用し得る他の好適な一態様である。この解砕処理により、リチウムイオン電池の負極を形成する際の分散性が改善されるため、リチウムの吸蔵・放出によって負極が破壊されることが確度高く防止され又は抑制されるという効果が得られる。 Further, using a known raikai machine (as a typical raikai machine, manufactured by Ishikawa Factory Co., Ltd., model 20D type), the silicon fine particles and the like obtained in the above-mentioned crushing step (S2) are further crushed. Is another preferred embodiment that can be adopted. Since this crushing treatment improves the dispersibility when forming the negative electrode of the lithium ion battery, it is possible to obtain the effect of preventing or suppressing the destruction of the negative electrode by the occlusion / release of lithium with high accuracy. ..

(3)酸化膜除去工程(S3)
本実施形態においては、好適な一態様として酸化膜除去工程(S3)が行われる。ただし、この酸化膜除去工程(S3)が行われなくても、本実施形態の効果の少なくとも一部の効果が奏される。
(3) Oxide film removing step (S3)
In the present embodiment, the oxide film removing step (S3) is performed as a preferred embodiment. However, even if this oxide film removing step (S3) is not performed, at least a part of the effects of the present embodiment can be achieved.

本実施形態の酸化膜除去工程(S3)においては、粉砕工程(S2)によって得られたシリコン微細粒子等2を、フッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液に接触させる処理が行われる。粉砕工程(S2)によって得られたシリコン微細粒子等2を、フッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液中に浸漬することにより分散させる。具体的には、酸化膜除去槽50において、シリコン微細粒子等2を、フッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液55中に撹拌器57を用いて分散させることによりシリコン微細粒子等2の表面の酸化物(主として、酸化シリコン)が除去される。 In the oxide film removing step (S3) of the present embodiment, a treatment is performed in which the silicon fine particles and the like 2 obtained in the pulverization step (S2) are brought into contact with hydrofluoric acid or an aqueous solution of ammonium fluoride. The silicon fine particles and the like 2 obtained in the pulverization step (S2) are dispersed by immersing them in an aqueous solution of hydrofluoric acid or ammonium fluoride. Specifically, in the oxide film removing tank 50, the silicon fine particles and the like 2 are dispersed in the hydrofluoric acid or ammonium fluoride aqueous solution 55 using a stirrer 57 to oxidize the surface of the silicon fine particles and the like 2. Objects (mainly silicon oxide) are removed.

その後、遠心分離機58によって、表面の酸化物の一部又は全部が除去されたシリコン微細粒子等とフッ化水素酸水溶液とが分離される。その後、シリコン微細粒子等をエタノール溶液等の第3液体中に浸漬する。第3液体を除去することにより、当初形成されていた表面の酸化物(又は酸化膜)の一部又は全部が除去されたシリコン微細粒子等が得られる。なお、シリコン微細粒子等2の表面に存在し得る酸化物の除去処理を行わない場合は、シリコン微細粒子等は、後述する被覆形成工程(S4)、複合体形成工程(S5)、及び負極形成工程(S6)による処理が行われる。 After that, the centrifuge 58 separates the silicon fine particles or the like from which some or all of the oxides on the surface have been removed from the hydrofluoric acid aqueous solution. Then, silicon fine particles and the like are immersed in a third liquid such as an ethanol solution. By removing the third liquid, silicon fine particles or the like from which a part or all of the initially formed surface oxide (or oxide film) has been removed can be obtained. When the oxides that may exist on the surface of the silicon fine particles and the like 2 are not removed, the silicon fine particles and the like are subjected to the coating forming step (S4), the complex forming step (S5), and the negative electrode forming, which will be described later. The process according to the step (S6) is performed.

なお、本実施形態の酸化膜除去工程(S3)においては、シリコン微細粒子等をフッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液に浸漬することによってシリコン微細粒子等にフッ化水素酸を接触させているが、その他の方法によってシリコン微細粒子等にフッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液を接触させる工程も採用し得る。例えば、いわゆるシャワーのようにフッ化水素酸水溶液をシリコン微細粒子等に対して散布することも、採用し得る他の一態様である。 In the oxide film removing step (S3) of the present embodiment, hydrofluoric acid is brought into contact with the silicon fine particles or the like by immersing the silicon fine particles or the like in a hydrofluoric acid or an aqueous solution of ammonium fluoride. , A step of contacting hydrofluoric acid or an aqueous solution of ammonium fluoride with silicon fine particles or the like by other methods can also be adopted. For example, spraying a hydrofluoric acid aqueous solution on silicon fine particles or the like as in a so-called shower is another aspect that can be adopted.

(4)被覆形成工程(S4)
本実施形態においては、好適な一態様として被覆形成工程(S4)が行われる。ただし、この被覆形成工程(S4)が行われなくても、本実施形態の効果の少なくとも一部の効果が奏される。従って、既に述べたとおり、粉砕工程(S2)の後、又は酸化膜除去工程(S3)の後に、被覆形成工程(S4)を行わずに、次に示す(5)複合体形成工程(S5)が行われることも、採用し得る他の一態様である。
(4) Coating forming step (S4)
In the present embodiment, the coating forming step (S4) is performed as a preferred embodiment. However, even if this coating forming step (S4) is not performed, at least a part of the effects of the present embodiment can be achieved. Therefore, as described above, after the pulverization step (S2) or the oxide film removing step (S3), the coating forming step (S4) is not performed, and the following (5) complex forming step (S5) is performed. Is another aspect that can be adopted.

本実施形態においては、酸化膜除去工程(S3)を経た、又は経ていないシリコン微細粒子等の表面の一部又は全部を炭素の膜によって被覆する被覆形成工程が行われる。従って、本実施形態の被覆形成工程(S4)を経たシリコン微細粒子等は、その表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われているため、炭素によって覆われていないシリコン微細粒子等に比べて厚みが増すことになる。なお、本実施形態の炭素が導電性を備えることによって、導電性を有する負極材料を形成することができる。また、例えば、その膜厚が数nm〜数μmの炭素によってシリコン微細粒子等を覆うことによって、薄い厚みの負極を形成するのみならず、比較的厚い負極の形成が容易になる。なお、図3は、本実施形態の被覆形成工程(S4)を経た、シリコン微細粒子等(一部の拡大図)及び/又はその凝集物あるいは集合物(一部の拡大図)の一例のTEM(透過型電子顕微鏡)像である。図3において示される結晶性シリコンは、主として、結晶の面方位(111)(単に、「Si(111)」又は「(111)」とも表記する。他の面方位の表記についても同じ。)が観察された。 In the present embodiment, a coating forming step is performed in which a part or all of the surface of silicon fine particles or the like that has undergone or has not undergone the oxide film removing step (S3) is covered with a carbon film. Therefore, the silicon fine particles and the like that have undergone the coating forming step (S4) of the present embodiment are thicker than the silicon fine particles and the like that are not covered with carbon because at least a part of the surface thereof is covered with carbon. Will increase. Since the carbon of the present embodiment has conductivity, it is possible to form a conductive negative electrode material. Further, for example, by covering silicon fine particles or the like with carbon having a film thickness of several nm to several μm, not only a thin negative electrode can be formed, but also a relatively thick negative electrode can be easily formed. Note that FIG. 3 shows an example TEM of silicon fine particles and / or aggregates or aggregates thereof (partially enlarged view) that have undergone the coating forming step (S4) of the present embodiment. (Transmission electron microscope) image. The crystalline silicon shown in FIG. 3 mainly has a crystal plane orientation (111) (also simply referred to as “Si (111)” or “(111)”; the same applies to other plane orientations). It was observed.

加えて、例えば、炭素によってシリコン微細粒子等を覆うことによる負極全体としての内部応力の緩和、より微視的には個別のシリコン微細粒子等の内部応力の緩和に寄与し得る。その結果、リチウムイオン電池の製造をより容易にすることができるとともに、リチウムイオン電池の性能(例えば、充放電のサイクル特性)の向上にも寄与し得る。 In addition, for example, it can contribute to the relaxation of the internal stress of the negative electrode as a whole by covering the silicon fine particles and the like with carbon, and more microscopically, the relaxation of the internal stress of the individual silicon fine particles and the like. As a result, the production of the lithium ion battery can be facilitated, and the performance of the lithium ion battery (for example, charge / discharge cycle characteristics) can be improved.

また、表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたシリコン微細粒子等を用いてリチウムイオン電池の負極材料を形成することにより、炭素によって覆われていないシリコン微細粒子等に比べて充電容量値及び放電容量値を増加させることも可能となる。例えば、本願発明者らの研究によれば、炭素によって覆われていないシリコン微細粒子等の場合、例えば、負極材料の厚みが約30μmである場合は、充電容量値及び放電容量値が、500(mAh/g)未満である。しかしながら、表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたシリコン微細粒子等を用いることにより、充電容量値及び放電容量値が、2倍以上(代表的には、約3〜約5倍)に増加させることができる。 Further, by forming the negative electrode material of the lithium ion battery using silicon fine particles or the like whose surface is at least partially covered with carbon, the charge capacity value and the charge capacity value and the charge capacity value are higher than those of the silicon fine particles and the like which are not covered with carbon. It is also possible to increase the discharge capacity value. For example, according to the research by the inventors of the present application, in the case of silicon fine particles not covered with carbon, for example, when the thickness of the negative electrode material is about 30 μm, the charge capacity value and the discharge capacity value are 500 ( It is less than mAh / g). However, by using silicon fine particles whose surface is at least partially covered with carbon, the charge capacity value and the discharge capacity value are more than doubled (typically, about 3 to about 5 times). Can be made to.

ところで、本実施形態の被覆形成工程(S4)において、シリコン微細粒子等の表面の一部又は全部(換言すれば、その表面上の少なくとも一部)を炭素の膜によって被覆する手段は、特に限定されない。例えば、化学気相成長法の一例である熱CVD法によってシリコン微細粒子等2の表面上の少なくとも一部を炭素によって覆う方法を採用することができる。具体的には、シリコン微細粒子等2を有機物ガス及び/又はその蒸気を含有する雰囲気において、約600℃以上約1200℃以下で加熱することによって、シリコン微細粒子等2の表面上の少なくとも一部を炭素の膜によって被覆することができる。従って、化学気相成長装置の一例である熱CVD装置は、本実施形態の被覆形成工程(S4)において採用し得る被覆形成部60の一態様である。また、熱CVD法において採用され得る材料(又は原料)の例は、メタン、エタン、アセチレン、エチレン、プロパン、ブタン、ブテン、ペンタン、イソブタン、ヘキサンの群から選択される1種又は2種以上の炭化水素、及び/又は、1種又は2種以上の公知の芳香族炭化水素である。なお、銅又は銅合金を触媒として採用することにより、約400℃でもアセチレンを熱分解し得る点は、処理温度の低温化に寄与しうる。 By the way, in the coating forming step (S4) of the present embodiment, the means for coating a part or all (in other words, at least a part on the surface) of the surface of silicon fine particles or the like with a carbon film is particularly limited. Not done. For example, a method of covering at least a part of the surface of silicon fine particles or the like 2 with carbon by a thermal CVD method, which is an example of a chemical vapor deposition method, can be adopted. Specifically, by heating the silicon fine particles and the like 2 at an atmosphere containing an organic gas and / or its vapor at about 600 ° C. or higher and about 1200 ° C. or lower, at least a part of the silicon fine particles or the like 2 on the surface. Can be coated with a film of carbon. Therefore, the thermal CVD apparatus, which is an example of the chemical vapor deposition apparatus, is one aspect of the coating forming portion 60 that can be adopted in the coating forming step (S4) of the present embodiment. Examples of materials (or raw materials) that can be used in the thermal CVD method include one or more selected from the group of methane, ethane, acetylene, ethylene, propane, butane, butane, pentane, isobutane, and hexane. Hydrocarbons and / or one or more known aromatic hydrocarbons. By using copper or a copper alloy as a catalyst, acetylene can be thermally decomposed even at about 400 ° C., which can contribute to lowering the treatment temperature.

上述のとおり、代表的には、炭化水素ガスを、加熱されたシリコン微細粒子等2上又はその近傍において熱分解させて炭素化することにより、シリコン微細粒子等2の表面上の少なくとも一部をその炭素の膜によって被覆することが、本実施形態において適切な炭素の膜の一例を実現するとともに、生産性及び工業性に優れた手法であるといえる。なお、化学気相成長法の他の一例である減圧熱CVD法又はプラズマCVD法も、適宜採用され得る。 As described above, typically, at least a part of the surface of the silicon fine particles or the like 2 is formed by thermally decomposing the hydrocarbon gas on or in the vicinity of the heated silicon fine particles or the like 2 and carbonizing the hydrocarbon gas. It can be said that coating with the carbon film realizes an example of an appropriate carbon film in the present embodiment and is excellent in productivity and industriality. A reduced pressure thermal CVD method or a plasma CVD method, which is another example of the chemical vapor deposition method, can also be appropriately adopted.

また、シリコン微細粒子等2の表面上の少なくとも一部を炭素の膜によって被覆する方法の他の例は、次のとおりである。まず、公知の(塩素化ポリエチレンエラストマー等)の有機化合物、又は該有機化合物と黒鉛粉末とを混合した混合物を、被覆形成部60内において、少なくとも本実施形態の洗浄工程(S1)及び粉砕工程(S2)によって処理されたシリコン微細粒子等2に付着又は吸着させる。その後、該有機化合物を熱分解する温度まで加熱し、該有機化合物を炭化させることにより、表面上の少なくとも一部が炭素(代表的には、グラフェン、グラファイト、及び/又は無定形炭素)によって覆われたシリコン微細粒子等2を形成することができる。なお、一旦形成された該シリコン微細粒子等2を窒素雰囲気下又は水素雰囲気下で、例えば400℃〜1200℃にて焼成する工程を追加的に、及び/又は事前に実施することも、本実施形態の変形例の一態様である。なお、シリコン微細粒子等2の表面上に酸化膜が形成されることを確度高く防止、抑制、又は除去し得る観点から言えば、シリコン微細粒子等2を水素雰囲気下で加熱することが好ましい。 Further, another example of a method of coating at least a part of the surface of silicon fine particles or the like 2 with a carbon film is as follows. First, a known organic compound (such as a chlorinated polyethylene elastomer) or a mixture of the organic compound and graphite powder is placed in the coating forming portion 60 at least in the cleaning step (S1) and the pulverization step (S1) of the present embodiment. Adheres or adsorbs to silicon fine particles or the like 2 treated by S2). The organic compound is then heated to a thermal decomposition temperature and carbonized to carbonize the organic compound so that at least a portion of the surface is covered with carbon (typically graphene, graphite, and / or amorphous carbon). It is possible to form the broken silicon fine particles and the like 2. It should be noted that the step of firing the silicon fine particles and the like 2 once formed in a nitrogen atmosphere or a hydrogen atmosphere at, for example, 400 ° C. to 1200 ° C. may be additionally and / or performed in advance. This is one aspect of a modified example of the form. From the viewpoint of preventing, suppressing, or removing the formation of an oxide film on the surface of the silicon fine particles 2 with high accuracy, it is preferable to heat the silicon fine particles 2 in a hydrogen atmosphere.

また、その他の公知の手段を用いて、表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたシリコン微細粒子等2を形成することも、採用し得る別の一態様である。例えば、公知のカーボンブラックの製造方法(ファーネス法又はチャネル法)によって形成された炭素膜を利用することも可能である。なお、ファーネス法は、コールタールを蒸留して得られるクレオソート油を乱流拡散させた状態の所定のチャンバー内においてクレオソート油の部分燃焼を行った後、飛沫を水冷する方法である。また、チャネル法は、例えば天然ガスを燃焼させて形成した炎をチャンネル鋼の冷却面に衝突させることによって、炭素を析出させる方法である。但し、石油由来の硫黄成分が含まれることになるため、そのような不純物成分が混入され難い方法である、上述の熱CVD法を採用することがより好ましい。また、上述の各方法を採用する際に、例えばシリコン微細粒子等に対して、適宜、公知の機械構造を採用して運動エネルギーを与えることによって、シリコン微細粒子等2及び/又はその凝集物あるいは集合物の表面上の少なくとも一部を炭素の膜を用いて被覆する方法を採用することは、シリコン微細粒子等2及び/又はその凝集物あるいは集合物の表面上に、より均質に(例えば、厚み及び/又は密度において均一性良く)炭素の膜を形成することが可能となるため、好適な一態様である。より具体的には、シリコン微細粒子等2を収容するチャンバー又は管を回転させながら、及び/又は、シリコン微細粒子等2及び/又はその凝集物あるいは集合物に対して超音波振動を与えながら、シリコン微細粒子等2及び/又はその凝集物あるいは集合物の表面上の少なくとも一部を炭素の膜を用いて被覆する方法を採用することは、シリコン微細粒子等2及び/又はその凝集物あるいは集合物の表面上に、より均質に炭素の膜を形成することが可能となるため、好適な一態様である。 Further, it is another aspect that can be adopted to form silicon fine particles or the like 2 having at least a part on the surface covered with carbon by using other known means. For example, it is also possible to use a carbon film formed by a known carbon black production method (furness method or channel method). The furnace method is a method in which the creosote oil obtained by distilling coal tar is partially burned in a predetermined chamber in a turbulent diffusion state, and then the droplets are water-cooled. Further, the channel method is a method of precipitating carbon by, for example, colliding a flame formed by burning natural gas with a cooling surface of channel steel. However, since a sulfur component derived from petroleum is contained, it is more preferable to adopt the above-mentioned thermal CVD method, which is a method in which such an impurity component is less likely to be mixed. Further, when each of the above methods is adopted, for example, by giving kinetic energy to silicon fine particles or the like by appropriately adopting a known mechanical structure, silicon fine particles or the like 2 and / or agglomerates thereof or Adopting a method of coating at least a part on the surface of the aggregate with a carbon film makes it more homogeneous (for example, on the surface of silicon fine particles and / or agglomerates thereof or the aggregate). This is a preferred embodiment because it enables the formation of a carbon film (with good uniformity in thickness and / or density). More specifically, while rotating the chamber or tube containing the silicon fine particles and the like 2 and / or applying ultrasonic vibration to the silicon fine particles and / or their aggregates or aggregates. Adopting a method of coating at least a part of the surface of silicon fine particles and / or agglomerates or aggregates thereof with a carbon film is to adopt silicon fine particles and / or agglomerates or aggregates thereof. This is a preferred embodiment because it enables a more uniform carbon film to be formed on the surface of an object.

なお、被覆形成工程(S4)を行う場合の第1の実施形態においては、負極材料又は負極の一部を担うシリコン微細粒子等2について、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.1であったが、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.05以上0.37未満であれば、安定的であって、かつ充電容量値及び放電容量値が高いリチウムイオン電池を得ることができる。 In the first embodiment when the coating forming step (S4) is performed, the carbon (C) when silicon (Si) is 1 for the negative electrode material or the silicon fine particles and the like 2 which play a part of the negative electrode. However, if the weight ratio of carbon (C) when silicon (Si) is 1 is 0.05 or more and less than 0.37, it is stable and can be charged. A lithium ion battery having a high capacity value and a high discharge capacity value can be obtained.

また、本発明者がさらに詳細に分析した結果、TEM(透過型電子顕微鏡)像によって、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.1のときの、炭素(C)がシリコン(Si)に付着している部分の膜厚は、約2nm〜約3nmであった。また、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.16のときの、炭素(C)がシリコン(Si)に付着している部分の膜厚は、約5nm〜約10nmであった。また、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.21のときの、炭素(C)がシリコン(Si)に付着している部分の膜厚も、約5nm〜約10nmであった。加えて、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.37のときの、炭素(C)がシリコン(Si)に付着している部分の膜厚は、約50nm〜約90nmであった。従って、シリコン(Si)に付着している部分の炭素(C)の膜厚が1nm以上50nm未満、特に、該膜厚が、2nm以上10nm以下であれば、安定的であって、かつ充電容量値及び放電容量値が高いリチウムイオン電池を得ることができる。 Further, as a result of further detailed analysis by the present inventor, carbon (transmission electron microscope) image shows that carbon (C) has a weight ratio of carbon (C) of 0.1 when silicon (Si) is 1. The film thickness of the portion where C) was attached to silicon (Si) was about 2 nm to about 3 nm. Further, when the weight ratio of carbon (C) is 0.16 when silicon (Si) is 1, the film thickness of the portion where carbon (C) is attached to silicon (Si) is about 5 nm to It was about 10 nm. Further, when the weight ratio of carbon (C) is 0.21 when silicon (Si) is 1, the film thickness of the portion where carbon (C) is attached to silicon (Si) is also about 5 nm to. It was about 10 nm. In addition, when the weight ratio of carbon (C) is 0.37 when silicon (Si) is 1, the film thickness of the portion where carbon (C) is attached to silicon (Si) is about 50 nm. It was about 90 nm. Therefore, if the film thickness of carbon (C) in the portion adhering to silicon (Si) is 1 nm or more and less than 50 nm, particularly if the film thickness is 2 nm or more and 10 nm or less, it is stable and has a charging capacity. A lithium ion battery having a high value and a high discharge capacity value can be obtained.

また、シリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物の表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われていない(つまり、被覆形成工程(S4)を経ていない)リチウムイオン電池の充電容量値及び放電容量値よりも、被覆形成工程(S4)を経たものを採用した方が、2倍以上(代表的には約3倍)高い充電容量値及び放電容量値を有し得る。 Further, the charge capacity value and discharge of the lithium ion battery in which at least a part of the surface of the silicon fine particles and / or their aggregates or aggregates is not covered with carbon (that is, the coating formation step (S4) is not performed). It is possible to have a charge capacity value and a discharge capacity value that are twice or more (typically about 3 times) higher when the one that has undergone the coating forming step (S4) is adopted than the capacity value.

(5)複合体形成工程(S5)
上述のとおり、粉砕工程(S2)の後、又は酸化膜除去工程(S3)の後に、被覆形成工程(S4)を経て、又は被覆形成工程(S4)を経ずに、複合体形成工程(S5)が行われる。本実施形態の複合体形成工程(S5)は、少なくとも一部のシリコン微細粒子等2を黒鉛が囲うことによって、その黒鉛とシリコン微細粒子等2とを含む複合体を形成する工程である。
(5) Complex formation step (S5)
As described above, after the pulverization step (S2) or the oxide film removing step (S3), the complex forming step (S5) is performed through the coating forming step (S4) or without the coating forming step (S4). ) Is performed. The complex formation step (S5) of the present embodiment is a step of forming a complex containing the graphite and the silicon fine particles 2 by surrounding at least a part of the silicon fine particles 2 with graphite.

具体的には、まず、シリコン微細粒子等2と、黒鉛(代表的には、薄片状の黒鉛、又は膨張黒鉛)とが、複合体形成部70内に導入される。なお、本実施形態の薄片状の黒鉛、又は膨張黒鉛は、公知の方法において開示される方法によって形成され得る。 Specifically, first, silicon fine particles and the like 2 and graphite (typically flaky graphite or expanded graphite) are introduced into the complex forming portion 70. The flaky graphite or expanded graphite of the present embodiment can be formed by a method disclosed in a known method.

また、本実施形態においては、粉砕工程(S2)が行われているため、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する非常に微細な、シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物(シリコン微細粒子等2)が形成される。加えて、該凝集物あるいは該集合物は、複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態のシリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物である。そのような非常に微細なシリコン微細粒子等2が採用されるため、シリコン微細粒子等2と、黒鉛とを混合し、シリコン微細粒子等2を、黒鉛を用いて形成された内部空間に取り込み、それを囲って内在化させ、いわば一体化ないし合体させる場合の複合体形成部70の一例として、粉砕機20において用いられたビーズミル機と同様のビーズミル機を採用し得る。その他の複合体形成部70の例は、公知の乾式処理又は公知の湿式処理と、高速回転衝撃式粉砕機に代表され粉砕機とを併用する機器群である。但し、実質的な工程数を低減する観点から言えば、シリコン微細粒子等2と、黒鉛とを複合する際には、複合体形成部70として、上述のビーズミル機のみ又はビーズミル機を少なくとも含む複合処理装置、あるいは高速回転衝撃式粉砕機を含む複合処理装置を採用することが好ましい。 Further, in the present embodiment, since the pulverization step (S2) is performed, very fine aggregates or aggregates of silicon fine particles (silicon fine particles) having a volume distribution having a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less are performed. Particles and the like 2) are formed. In addition, the aggregate or aggregate is an aggregate or aggregate of silicon fine particles in a multi-layered petal-like or scaly-folded state. Since such very fine silicon fine particles 2 and the like are adopted, the silicon fine particles and the like 2 are mixed with graphite, and the silicon fine particles and the like 2 are taken into the internal space formed by using graphite. A bead mill machine similar to the bead mill machine used in the crusher 20 can be adopted as an example of the complex forming unit 70 in the case of enclosing it and internalizing it, so to speak, integrating or coalescing it. Another example of the complex forming unit 70 is a group of devices in which a known dry treatment or a known wet treatment is used in combination with a crusher represented by a high-speed rotary impact crusher. However, from the viewpoint of substantially reducing the number of steps, when the silicon fine particles and the like 2 and graphite are combined, the complex forming portion 70 includes only the above-mentioned bead mill machine or at least a composite including the bead mill machine. It is preferable to employ a processing device or a combined processing device including a high-speed rotary impact type crusher.

なお、特に、鱗片状のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物は、その形状の特異性から、シリコン微細粒子等2を黒鉛(特に、膨張黒鉛)の適度な距離を有する層間に取り込まれ易くなるため、及び/又は該黒鉛によって囲われ易くするため、黒鉛とシリコン微細粒子等2とを複合体形成部70に導入したときの黒鉛とシリコン微細粒子等2との複合化に有利である。加えて、鱗片状のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物が被覆形成工程(S4)を経たものを採用することは、黒鉛(特に、膨張黒鉛)の適度な距離を有する層間にシリコン微細粒子等2をより確度高く取り込み易くなること、及び/又は該黒鉛によってシリコン微細粒子等2を囲い易くなることから好適である。また、上述のとおり、より高い充電容量値及び放電容量値を有し得る観点からも、鱗片状のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物が被覆形成工程(S4)を経たものを採用することは、好適な一態様である。 In particular, scaly silicon fine particles and / or aggregates or aggregates thereof incorporate silicon fine particles and the like 2 into layers having an appropriate distance of graphite (particularly expanded graphite) due to the specificity of the shape. It is advantageous for the composite of graphite and silicon fine particles 2 when graphite and silicon fine particles 2 are introduced into the composite forming portion 70 in order to facilitate the formation of graphite and / or to be easily surrounded by the graphite. be. In addition, adopting scaly silicon fine particles and / or agglomerates or aggregates thereof that have undergone the coating forming step (S4) means that silicon is used between layers having an appropriate distance of graphite (particularly expanded graphite). It is preferable because it is easy to take in fine particles and the like 2 with higher accuracy and / or it is easy to surround the silicon fine particles and the like 2 with the graphite. Further, as described above, from the viewpoint of having a higher charge capacity value and discharge capacity value, scaly silicon fine particles and / or aggregates or aggregates thereof have undergone the coating forming step (S4). Is a preferred embodiment.

複合体形成工程(S5)を行うことにより、上述の、複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の凝集物あるいは集合物を有する、非常に微細なシリコン微細粒子等2が、黒鉛によって囲われた状態を形成し得る。本実施形態においては、シート状の黒鉛によってシリコン微細粒子等2が、いわば取り込まれるように黒鉛のエッジ部分が折り畳まれる過程(代表的には、「球形化」)を必ずしも経る必要はないが、そのような過程を経た上で、シリコン微細粒子等2が黒鉛によって囲われた状態を形成することも採用し得る一態様である。 By performing the complex forming step (S5), the above-mentioned very fine silicon fine particles and the like 2 having agglomerates or aggregates in a multi-layered petal-like or scaly-like folded state are surrounded by graphite. It can form a broken state. In the present embodiment, it is not always necessary to go through a process (typically, "sphericization") in which the edge portion of the graphite is folded so that the silicon fine particles and the like 2 are taken in by the sheet-shaped graphite. After undergoing such a process, it is also possible to adopt a state in which the silicon fine particles and the like 2 are surrounded by graphite.

(6)負極形成工程(S6)
本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置100は、粉砕工程(S2)の後、又は酸化膜除去工程(S3)の後に、被覆形成工程(S4)によって処理された又は処理されなかった負極材料としての、シリコン微細粒子等の少なくとも一部が黒鉛によって囲われたものと、負極の一部を構成する部材(例えば、銅箔)とを結着材(例えば、アンモニウムカルボキシルメチルセルロース(CMC)及びスチレンブタジエンゴム(SBR)、あるいは、アンモニウムカルボキシルメチルセルロース(CMC)及びポリビニルアルコール(PVA))を用いて混合する混合部80を備えている。この混合部80によって形成される合剤層を用いて負電極が形成される。
(6) Negative electrode forming step (S6)
The manufacturing apparatus 100 for the negative electrode material (or negative electrode) of the lithium ion battery of the present embodiment has been treated by the coating forming step (S4) after the pulverization step (S2) or the oxide film removing step (S3). As the untreated negative electrode material, at least a part of silicon fine particles or the like is surrounded by graphite, and a member (for example, copper foil) constituting a part of the negative electrode is bonded (for example, ammonium carboxyl). It includes a mixing section 80 that mixes methyl cellulose (CMC) and styrene-butadiene rubber (SBR), or ammonium carboxylmethyl cellulose (CMC) and polyvinyl alcohol (PVA)). A negative electrode is formed using the mixture layer formed by the mixing portion 80.

<その他の工程>
なお、下記の(A)〜(D)の工程によって得られたシリコン微細粒子等は、例えば、各シリコン微細粒子等の結晶子径の個数分布及び/又は体積分布のバラつきを軽減するために分級され得る。
(A)洗浄工程(S1)、粉砕工程(S2)、及び複合体形成工程(S5)
(B)洗浄工程(S1)、粉砕工程(S2)、酸化膜除去工程(S3)、及び複合体形成工程(S5)
(C)洗浄工程(S1)、粉砕工程(S2)、被覆形成工程(S4)、及び複合体形成工程(S5)
(D)洗浄工程(S1)、粉砕工程(S2)、酸化膜除去工程(S3)、被覆形成工程(S4)、及び複合体形成工程(S5)
<Other processes>
The silicon fine particles and the like obtained by the following steps (A) to (D) are classified, for example, in order to reduce variations in the number distribution and / or volume distribution of the crystallite diameters of the silicon fine particles and the like. Can be done.
(A) Cleaning step (S1), crushing step (S2), and complex forming step (S5)
(B) Cleaning step (S1), pulverization step (S2), oxide film removing step (S3), and complex forming step (S5).
(C) Cleaning step (S1), pulverization step (S2), coating forming step (S4), and complex forming step (S5).
(D) Cleaning step (S1), pulverization step (S2), oxide film removing step (S3), coating forming step (S4), and complex forming step (S5).

<第1の実施形態において得られたシリコン微細粒子等の分析結果>
1.SEM像及びTEM像よるシリコン微細粒子等の解析
<Analysis results of silicon fine particles and the like obtained in the first embodiment>
1. 1. Analysis of silicon fine particles, etc. by SEM image and TEM image

図4Aは、第1の実施形態の粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物の一例のSEM(走査型電子顕微鏡)像である。また、図4Bは、第1の実施形態の粉砕工程(S2)後における、拡大されたシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物の一例のSEM像を示す図である。また、図4Cは、第1の実施形態における、(a)シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物の他の例のSEM像を示す図、及び(b)(a)の一部の拡大図である。加えて、図5は、第1の実施形態のシリコン微細粒子の透過電子顕微鏡(TEM)像を示す図である。 FIG. 4A is an SEM (scanning electron microscope) image of an example of silicon fine particles and / or aggregates or aggregates thereof after the pulverization step (S2) of the first embodiment. Further, FIG. 4B is a diagram showing an SEM image of an example of enlarged silicon fine particles and / or aggregates or aggregates thereof after the pulverization step (S2) of the first embodiment. In addition, FIG. 4C is a diagram showing (a) an SEM image of another example of aggregates or aggregates of silicon fine particles in the first embodiment, and (b) a partially enlarged view of (a). be. In addition, FIG. 5 is a diagram showing a transmission electron microscope (TEM) image of the silicon fine particles of the first embodiment.

図4Aに示すように、個別のシリコン微細粒子のみならず、Y1及びY2に示すシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物が確認された。大変興味深いことに、さらに詳細に分析をすると、図4B、並びに図4C(a),(b)のZ部分に示すように、シリコン微細粒子又はその凝集物は、いわば薄層状のシリコン微細粒子が複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の凝集物あるいは集合物であることが確認できた。なお、より詳しく観察すれば、例えば、1つ又は一群の鱗片状のシリコン微細粒子の幅(短径)を1としたときの長さ(長径)の範囲は、3.3〜12.9であった。 As shown in FIG. 4A, not only individual silicon fine particles but also silicon fine particles shown in Y1 and Y2 and / or agglomerates or aggregates thereof were confirmed. Very interestingly, when analyzed in more detail, as shown in FIG. 4B and the Z portion of FIGS. 4C (a) and 4C (b), the silicon fine particles or their agglomerates are, so to speak, thin layered silicon fine particles. It was confirmed that the particles were aggregates or aggregates in a multi-layered petal-like or scaly-like folded state. If observed in more detail, for example, the range of length (major axis) when the width (minor axis) of one or a group of scaly silicon fine particles is 1, is 3.3 to 12.9. there were.

また、個別のシリコン微細粒子等に着目した図5に示すTEM像から、もう一つの興味深い知見が得られた。具体的には、図5における白線で囲っている領域が示す個別のシリコン微細粒子等は、結晶性、すなわち単結晶シリコンであることが確認できた。加えて、シリコン微細粒子等の少なくとも一部は、断面視において約2nm〜約10nmの大きさの不定形の多角形の結晶子であることが確認できた。なお、図5においては、白線で囲っている各領域に、結晶の面方位が示されている。 In addition, another interesting finding was obtained from the TEM image shown in FIG. 5 focusing on individual silicon fine particles and the like. Specifically, it was confirmed that the individual silicon fine particles and the like indicated by the region surrounded by the white line in FIG. 5 are crystalline, that is, single crystal silicon. In addition, it was confirmed that at least a part of the silicon fine particles and the like were amorphous polygonal crystallites having a size of about 2 nm to about 10 nm in a cross-sectional view. In FIG. 5, the plane orientation of the crystal is shown in each region surrounded by the white line.

2.X線回折法によるシリコン微細粒子等の結晶子径分布の解析
図6は、第1の実施形態のシリコン微細粒子等のSi(111)方向の結晶子径に対する、(a)個数分布における結晶子径分布と、(b)体積分布における結晶子径分布とを示すグラフである。図6は、粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子等の結晶子径分布を、X線回折法を用いて解析することによって得られた結果を示している。図6(a)及び図6(b)は、いずれも、横軸が結晶子径(nm)を表し、縦軸は、頻度を表している。
2. Analysis of crystallite diameter distribution of silicon fine particles or the like by X-ray diffraction method FIG. 6 shows (a) crystallites in the number distribution with respect to the crystallite diameter of the silicon fine particles or the like of the first embodiment in the Si (111) direction. It is a graph which shows the diameter distribution and (b) the crystallite diameter distribution in the volume distribution. FIG. 6 shows the results obtained by analyzing the crystallite diameter distribution of silicon fine particles and the like after the pulverization step (S2) by using an X-ray diffraction method. In both FIGS. 6 (a) and 6 (b), the horizontal axis represents the crystallite diameter (nm) and the vertical axis represents the frequency.

図6(a)及び図6(b)の結果から、個数分布においては、モード径が1.6nm、メジアン径(50%結晶子径)が2.6nmであった。また、体積分布においては、モード径が6.3nm、メジアン径が9.9nmであった。従って、個数分布においてはモード径であってもメジアン径であっても5nm以下であり、より詳細には3nm以下の値が実現されていることが確認された。なお、体積分布においては、モード径であってもメジアン径であっても少なくとも50nm以下であり、特に30nm以下、より狭義には20nm以下であることが確認されたことは特筆に値する。さらに、図6においては、10nm以下という極めて小さい値が実現されていることが確認された。 From the results of FIGS. 6 (a) and 6 (b), in the number distribution, the mode diameter was 1.6 nm and the median diameter (50% crystallite diameter) was 2.6 nm. In terms of volume distribution, the mode diameter was 6.3 nm and the median diameter was 9.9 nm. Therefore, in the number distribution, it was confirmed that both the mode diameter and the median diameter were 5 nm or less, and more specifically, a value of 3 nm or less was realized. It is worth noting that in the volume distribution, it was confirmed that both the mode diameter and the median diameter were at least 50 nm or less, particularly 30 nm or less, and more narrowly 20 nm or less. Further, in FIG. 6, it was confirmed that an extremely small value of 10 nm or less was realized.

図6(a)及び図6(b)の結果より、ビーズミル法を用いた粉砕工程(S2)後に得られるシリコン微細粒子等は、平均の結晶子径が約20nm以下、より具体的には、10nm以下を実現する、約9.8nmであることが確認できた。なお、酸化膜除去工程(S3)後のシリコン微細粒子等の結晶子径分布も、図6とほぼ同様である。 From the results of FIGS. 6 (a) and 6 (b), the silicon fine particles and the like obtained after the pulverization step (S2) using the bead mill method have an average crystallite diameter of about 20 nm or less, more specifically, It was confirmed that it was about 9.8 nm, which realized 10 nm or less. The crystallite diameter distribution of silicon fine particles and the like after the oxide film removing step (S3) is also substantially the same as in FIG.

従って、図6の結果と図4の各図の結果とを合わせて解析すれば、少なくとも粉砕工程(S2)後又は酸化膜除去工程(S3)後のシリコン微細粒子等の凝集物あるいは集合物は、いわば長径約100nm以下の範囲のいわば薄層状のシリコン微細粒子等が、複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態であるといえる。また、シリコン微細粒子等は、図5及び図6から分かるように、主として長径が10nm以下の結晶子から構成されている。 Therefore, when the results of FIG. 6 and the results of each of the figures of FIG. 4 are combined and analyzed, at least agglomerates or aggregates such as silicon fine particles after the pulverization step (S2) or the oxide film removing step (S3) are found. It can be said that, so to speak, thin layered silicon fine particles or the like having a major axis of about 100 nm or less are folded into a multi-layer petal shape or a scale shape. Further, as can be seen from FIGS. 5 and 6, the silicon fine particles and the like are mainly composed of crystallites having a major axis of 10 nm or less.

また、本実施形態のシリコン微細粒子等は、図6に示すように、1nm以下の結晶子径のシリコン微細粒子等を含んでいることが分かる。また、興味深いことに、本実施形態のシリコン微細粒子等の体積分布における平均結晶子径は、約10nmであることも確認された。この数値は、非常に小さい値であるといえる。また、上述のとおり、さらに調査を進めることによって、そのシリコン微細粒子等の見かけの体積径として約100nm以下の範囲にあることが確認された。特に、長径が5nm以下の結晶子径の、極微細なシリコン粒子を多数含むことによって、後述するリチウムイオン電池の負極材料として用いるシリコン微細粒子等によって導き出される充放電のサイクル特性をより確度高く向上させるものである。また、前述の極微細なシリコン粒子に表面の少なくとも一部が炭素によって覆われているため、より高い充電容量値及び放電容量値、並びに優れた充放電のサイクル特性を実現することができる。 Further, as shown in FIG. 6, it can be seen that the silicon fine particles and the like of the present embodiment include silicon fine particles and the like having a crystallite diameter of 1 nm or less. Interestingly, it was also confirmed that the average crystallite diameter in the volume distribution of the silicon fine particles of the present embodiment is about 10 nm. It can be said that this value is a very small value. Further, as described above, further investigation confirmed that the apparent volume diameter of the silicon fine particles and the like was in the range of about 100 nm or less. In particular, by containing a large number of ultrafine silicon particles having a major axis of 5 nm or less, the charge / discharge cycle characteristics derived by the silicon fine particles used as the negative electrode material of the lithium ion battery described later are improved with higher accuracy. It is something that makes you. Further, since at least a part of the surface of the above-mentioned ultrafine silicon particles is covered with carbon, higher charge capacity value and discharge capacity value, and excellent charge / discharge cycle characteristics can be realized.

3.X線回折法によるシリコン微細粒子等の結晶子の面方位の解析
図7(a)は、第1の実施形態の粉砕工程(S2)前のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物のX線回折測定の結果(P)及び粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物のX線回折測定の結果(Q)を、広い角度範囲において解析した結果である。また、図7(b)は、図7(a)の結果(P)の一部を拡大したものであり、第1の実施形態の粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物のX線回折測定の結果を限定された角度範囲において解析した結果(R)である。なお、図7(b)内に示されたC(002)面及びC(003)面の各ピーク強度は、約1wt%〜約3wt%のグラファイトの微粒子がシリコン微細粒子群又はシリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物内に含まれていることを示している。なお、一例としてのC(002)面のグラファイトの微粒子の大きさは、約50nm以下、より具体的には、約35nmであり、C(003)面のグラファイトの微粒子の大きさは、約100nm以下、より具体的には、約75nmであった。
3. 3. Analysis of plane orientation of crystallites such as silicon fine particles by X-ray diffraction method FIG. 7 (a) shows silicon fine particles and / or aggregates or aggregates thereof before the crushing step (S2) of the first embodiment. It is the result of analyzing the result (P) of the X-ray diffraction measurement and the result (Q) of the X-ray diffraction measurement of silicon fine particles and / or their aggregates or aggregates after the pulverization step (S2) in a wide angle range. .. Further, FIG. 7B is an enlargement of a part of the result (P) of FIG. 7A, and the silicon fine particles and / or their aggregation after the crushing step (S2) of the first embodiment. It is the result (R) which analyzed the result of the X-ray diffraction measurement of an object or an aggregate in a limited angle range. The peak intensities of the C (002) plane and the C (003) plane shown in FIG. 7 (b) are such that graphite fine particles of about 1 wt% to about 3 wt% are silicon fine particles or silicon fine particles. It indicates that it is contained in an agglomerate or an aggregate. As an example, the size of the graphite fine particles on the C (002) plane is about 50 nm or less, more specifically, about 35 nm, and the size of the graphite fine particles on the C (003) plane is about 100 nm. Hereinafter, more specifically, it was about 75 nm.

図7(a)及び(b)に示すように、第1の実施形態の粉砕工程(S2)前の2θ=28.4°付近のSiの結晶面(111)に帰属する回折ピークに比べて、粉砕工程(S2)後のSi(111)に帰属する回折ピークは、その半値幅が大きくなっていることが確認された。なお、粉砕工程(S2)後のSi(111)ピークの半値幅から、シェラーの式を用いて計算された平均結晶子径は、9.8nmであった。また、大変興味深いことに、粉砕工程(S2)後の2θ=28.4°付近のSi(111)に帰属する回折ピークの強度は、その他の回折ピークの強度(例えば、Si(220)又はSi(311)のピーク強度)よりも大きいことが明らかとなった。なお、粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子の結晶格子のSi(111)の配列間隔は、図5に示したとおり、0.31nm(3.1Å)である。 As shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), compared with the diffraction peak attributable to the crystal plane (111) of Si near 2θ = 28.4 ° before the pulverization step (S2) of the first embodiment. It was confirmed that the diffraction peak attributable to Si (111) after the pulverization step (S2) had a large half-value width. The average crystallite diameter calculated using Scherrer's equation from the half width of the Si (111) peak after the pulverization step (S2) was 9.8 nm. Also, very interestingly, the intensity of the diffraction peak attributed to Si (111) near 2θ = 28.4 ° after the pulverization step (S2) is the intensity of other diffraction peaks (for example, Si (220) or Si). It became clear that it was larger than the peak intensity of (311). The arrangement interval of Si (111) in the crystal lattice of the silicon fine particles after the pulverization step (S2) is 0.31 nm (3.1 Å) as shown in FIG.

上記の各解析結果を踏まえると、本実施形態の粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子等については、主として面方位が(111)である結晶性のシリコン微細粒子等が、複層花弁状又は鱗片状に多重に折重なった状態の凝集物あるいは集合物であるといえる。 Based on the above analysis results, as for the silicon fine particles and the like after the crushing step (S2) of the present embodiment, the crystalline silicon fine particles and the like whose plane orientation is (111) are mainly multi-layer petals or It can be said that it is an agglomerate or an aggregate in a state where it is folded multiple times in a scaly shape.

そうすると、本実施形態の粉砕工程(S2)後又は酸化膜除去工程(S3)後のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物をリチウムイオン電池の負極材料の一部として用いることによって、リチウムイオン電池の正極材料中から電離したリチウムイオン(Li)が負極に到達したときに、リチウムイオン(Li)が複層花弁状又は鱗片状に多重に折重なった状態の凝集物あるいは集合物の襞部間隙に入り込み易く、また出易いという特有の効果が奏され得る。 Then, by using the silicon fine particles and / or their aggregates or aggregates after the crushing step (S2) or the oxide film removing step (S3) of the present embodiment as a part of the negative electrode material of the lithium ion battery, lithium is used. When lithium ions (Li + ) ionized from the positive electrode material of an ion battery reach the negative electrode, the lithium ions (Li + ) are agglomerates or aggregates in a state in which multiple layers of lithium ions (Li +) are folded in a multi-layered petal shape or a scale shape. It is possible to achieve a unique effect that it is easy to enter and exit the fold gap.

加えて、本実施形態においては、上述の複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態のシリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物の少なくとも一部を、黒鉛が囲っている。従って、複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物の存在によって、リチウムイオンが蓄えられ易く、また放出され易い負極材料又は負極が得られる。加えて、該凝集物あるいは該集合物が備える複層花弁状又は鱗片状の形状の特異性と相まって、それらが黒鉛によって囲われることにより、該凝集物あるいは該集合物の自由度をある程度抑制することが、黒鉛と該凝集物あるいは該集合物との協働性を高めることにつながるため、むしろリチウムイオンの移動状態の高度な安定性を実現し得ることになる。その結果、この負極材料を採用することにより、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池を実現することができる。あるいは、充放電容量の増大を実現し得る。 In addition, in the present embodiment, graphite surrounds at least a part of the agglomerates or aggregates of the silicon fine particles in the state of being folded into the above-mentioned multi-layer petals or scales. Therefore, the presence of the aggregate or the aggregate in a multi-layered petal-like or scaly-like folded state provides a negative electrode material or a negative electrode in which lithium ions are easily stored and released. In addition, coupled with the peculiarities of the multi-layered petal-like or scaly shape of the aggregate or aggregate, they are surrounded by graphite, thereby suppressing the degree of freedom of the aggregate or the aggregate to some extent. This leads to an increase in the cooperation between graphite and the aggregate or the aggregate, and thus it is possible to realize a high degree of stability in the moving state of lithium ions. As a result, by adopting this negative electrode material, it is possible to realize a lithium ion battery in which the charge / discharge capacity does not change much even if charging / discharging is repeated, in other words, the charging / discharging cycle characteristics are good. Alternatively, an increase in charge / discharge capacity can be realized.

<第1の実施形態の変形例>
第1の実施形態のうち、洗浄工程(S1)のみが行われた結果として得られるシリコンの切粉等(より具体的には、結晶性シリコンの切粉又は切削屑)を、粉砕工程(S2)を行うことなく、一例として複合体形成部70を用いた複合体形成工程(S5)によって複合体を形成する処理を行うことは、採用し得る変形例の一つである。なお、第1の実施形態と同様に、酸化膜除去工程(S3)が洗浄工程(S1)の後に行われ得る。また、第1の実施形態と同様に、被覆形成工程(S4)、すなわち、前述の切粉又は前述の切削屑の表面上の少なくとも一部を覆う炭素を形成する、一例として被覆形成部60を用いた被覆形成工程が、洗浄工程(S1)の後、又は、洗浄工程(S1)と酸化膜除去工程(S3)の後に行われ得る。
<Modified example of the first embodiment>
In the first embodiment, silicon chips and the like (more specifically, crystalline silicon chips or cutting chips) obtained as a result of performing only the cleaning step (S1) are crushed into a crushing step (S2). ) Is performed by the complex forming step (S5) using the complex forming unit 70 as an example, which is one of the modifications that can be adopted. As in the first embodiment, the oxide film removing step (S3) can be performed after the cleaning step (S1). Further, as in the first embodiment, the coating forming step (S4), that is, the coating forming portion 60 for forming carbon covering at least a part on the surface of the above-mentioned chips or the above-mentioned cutting chips is used as an example. The coating forming step used may be performed after the cleaning step (S1) or after the cleaning step (S1) and the oxide film removing step (S3).

この変形例においては、上述のとおり、黒鉛が、洗浄工程(S1)のみによって得られるシリコンの切粉等の少なくとも一部を囲う。また、この変形例においては、そのシリコンの切粉等と、黒鉛(代表的には、薄片状の黒鉛、又は膨張黒鉛)とが、第1の実施形態において用いられる複合体形成部70内に導入される。その後、第1の実施形態の複合体形成工程(S5)と同様の処理が行われることにより、シリコンの切粉等の少なくとも一部が黒鉛によって囲われた複合物が形成される。 In this modification, as described above, graphite surrounds at least a portion of silicon chips and the like obtained only by the cleaning step (S1). Further, in this modification, the silicon chips and the like and graphite (typically, flaky graphite or expanded graphite) are contained in the complex forming portion 70 used in the first embodiment. be introduced. After that, the same treatment as in the complex forming step (S5) of the first embodiment is performed to form a complex in which at least a part of silicon chips and the like is surrounded by graphite.

この変形例が採用された場合であっても、第1の実施形態の効果と同様の、又は少なくとも一部の効果が奏され得る。 Even when this modification is adopted, the same or at least a part of the effect of the first embodiment can be achieved.

<第2の実施形態>
本実施形態のリチウムイオン電池は、次に示す(1)〜(3)の態様のシリコン切粉等又はシリコン微細粒子を黒鉛が囲ったものを、負極材料として用いている。なお、負極材料以外の構成は、従来のCR2032型のコインセル構造リチウムイオン電池の構成と同様である。
(1)複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態のシリコン微細粒子及び/又はシリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物の少なくとも一部を、黒鉛が囲ったもの。
(2)(1)において、シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたもの。
(3)結晶性シリコンの切粉又は切削屑の少なくとも一部を、黒鉛が囲ったもの。
<Second embodiment>
In the lithium ion battery of the present embodiment, silicon chips or the like according to the following aspects (1) to (3) or silicon fine particles surrounded by graphite are used as the negative electrode material. The configuration other than the negative electrode material is the same as the configuration of the conventional CR2032 type coin cell structure lithium ion battery.
(1) Graphite enclosing at least a part of silicon fine particles and / or agglomerates or aggregates of silicon fine particles in a state of being folded into a multi-layer petal shape or a scale shape.
(2) In (1), at least a part of the surface of silicon fine particles and / or the aggregate or the aggregate is covered with carbon.
(3) Graphite surrounds at least a part of crystalline silicon chips or cutting chips.

図8は、本実施形態のリチウムイオン電池500の概要構成図である。本実施形態のリチウムイオン電池500は、CR2032型コインセルの容器510内に、負極材及び負極材料514に電気的に接続する負電極512と、正極材及び正極材料518に電気的に接続する正電極516と、負極材及び負極材料514と正極材及び正極材料518とを電子的に絶縁するセパレータ520と、電解液530とを備える。また、本実施形態のリチウムイオン電池500は、充放電を実現するために、負電極512及び正電極516につながる電源540と抵抗550を備えた外部回路を有している。 FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the lithium ion battery 500 of the present embodiment. The lithium ion battery 500 of the present embodiment has a negative electrode 512 electrically connected to the negative electrode material and the negative electrode material 514 and a positive electrode electrically connected to the positive electrode material and the positive electrode material 518 in the container 510 of the CR2032 type coin cell. 516, a separator 520 that electronically insulates the negative electrode material and the negative electrode material 514, and the positive electrode material and the positive electrode material 518, and an electrolytic solution 530 are provided. Further, the lithium ion battery 500 of the present embodiment has an external circuit provided with a power supply 540 and a resistor 550 connected to a negative electrode 512 and a positive electrode 516 in order to realize charging / discharging.

また、本実施形態のリチウムイオン電池500の製造方法は、次のとおりである。 The method for manufacturing the lithium ion battery 500 of the present embodiment is as follows.

負極の製造方法については、まず、第1の実施形態において作製した、シリコン微細粒子等の少なくとも一部を黒鉛によって囲ったもの、又は、表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたシリコン微細粒子等の少なくとも一部を黒鉛によって囲ったもの(以下、総称して、「負極活物質」という。)約0.3gを、1wt%CMCバインダー水溶液、SBRバインダー水分散液(JSR株式会社製、TRD2001)からなる約10mL(ミリリットル)の溶液中に分散させる。 Regarding the method for producing the negative electrode, first, at least a part of the silicon fine particles or the like produced in the first embodiment is surrounded by graphite, or at least a part of the surface of the silicon fine particles is covered with carbon. About 0.3 g of a material in which at least a part of the particles is surrounded by graphite (hereinafter, collectively referred to as “negative electrode active material”) is a 1 wt% CMC binder aqueous solution, an SBR binder aqueous dispersion (manufactured by JSR Co., Ltd., TRD2001). ) In an approximately 10 mL (milliliter) solution.

本実施形態においては、乾燥重量比で、シリコン微細粒子等、カーボンブラック、CMCバインダー水溶液、SBRバインダー水分散液の順に、67:11:13:9、あるいは、50:25:20:5となるように配合する。また、本実施形態の1つの変形例においては、乾燥重量比で、シリコン微細粒子等、カーボンブラック、CMCバインダー水溶液、PVAバインダー水分散液の順に、50:25:20:5となるように配合する。 In the present embodiment, the dry weight ratio is 67: 11: 13: 9 or 50:25: 20: 5 in the order of carbon black, CMC binder aqueous solution, and SBR binder aqueous dispersion, such as silicon fine particles. To mix. Further, in one modification of the present embodiment, the dry weight ratio is 50:25:20: 5 in the order of carbon black, carbon black, CMC binder aqueous solution, and PVA binder aqueous dispersion. do.

次に、メノウ乳鉢を用いて混合調製したスラリーを、厚さ15μmであって約9cm(縦)×10cm(横)の銅箔の一面上に、乾燥後約30μm〜約200μmの厚みとなるように塗布した後、ホットプレート上にて大気中、80℃、約1時間の乾燥処理を行う。その後、上述の銅箔を乾燥スラリーとともに電池規格CR2032型コインセル対応の直径が11.3mmの大きさの円形に打ち抜くことにより、作用極を形成する。この作用極の重量を測定した後、グローボックス内で、120℃、6時間の真空加熱により再度乾燥処理したものを、銅箔からなる負電極512の内面に張り付けることにより、本実施形態の負極が製造される。 Next, the slurry mixed and prepared using an agate mortar was placed on one surface of a copper foil having a thickness of 15 μm and about 9 cm (length) × 10 cm (horizontal) so as to have a thickness of about 30 μm to about 200 μm after drying. After coating on a hot plate, it is dried in the air at 80 ° C. for about 1 hour. Then, the above-mentioned copper foil is punched together with the dried slurry into a circle having a diameter of 11.3 mm corresponding to the battery standard CR2032 type coin cell to form a working electrode. After measuring the weight of the working electrode, the product which has been dried again by vacuum heating at 120 ° C. for 6 hours in a glow box is attached to the inner surface of the negative electrode 512 made of copper foil to obtain the present embodiment. The negative electrode is manufactured.

次に、正極については、ハーフセル構造のリチウムイオン電池を用いて負極材料の特性を評価するため、リチウム基板を直径13mmの円状に打ち抜いたものを、正電極516として採用した。なお、リチウムイオン電池の正極については、上述の正電極516の代わりに公知の正電極を採用することができる。 Next, as for the positive electrode, in order to evaluate the characteristics of the negative electrode material using a lithium ion battery having a half-cell structure, a lithium substrate punched into a circle with a diameter of 13 mm was adopted as the positive electrode 516. As the positive electrode of the lithium ion battery, a known positive electrode can be used instead of the positive electrode 516 described above.

また、本実施形態のセパレータ520は、多孔質のポリプロレン・シートである。加えて、本実施形態の電解液530は、エチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)を容積比で1/1で混合の溶媒(1L)中に、1モルの六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を溶解した電解液、あるいは、その電解液にフルオロエチレンカーボネート(FEC)を添加したものであって、CR2032型コインセルの内容積(約1mL)を満たす量以内の量を注入したものである。 Further, the separator 520 of the present embodiment is a porous polyprolene sheet. In addition, the electrolytic solution 530 of the present embodiment contains 1 mol of lithium hexafluorophosphate (1 L) in a solvent (1 L) in which ethylene carbonate (EC) / diethyl carbonate (DEC) is mixed at a volume ratio of 1/1. An electrolytic solution in which LiPF 6 ) is dissolved, or a solution obtained by adding fluoroethylene carbonate (FEC) to the electrolytic solution, and injecting an amount within an amount that satisfies the internal volume (about 1 mL) of the CR2032 type coin cell. be.

上述の正極材及び正極材料518、正電極516、負極材及び負極材料514、負電極512、セパレータ520及び電解液530を、CR2032型コインセルの容器510内へ配置する。その後、アルゴン雰囲気のグローブボックス内で、該コインセルの外枠の正電極516と負電極512との間を絶縁した状態で、セパレータ520及び電解液530の各構成材を容器510内に密封することにより、CR2032型コインセルのリチウムイオン電池500を試作した。 The above-mentioned positive electrode material and positive electrode material 518, positive electrode 516, negative electrode material and negative electrode material 514, negative electrode 512, separator 520 and electrolytic solution 530 are arranged in the container 510 of the CR2032 type coin cell. Then, in a glove box having an argon atmosphere, each component of the separator 520 and the electrolytic solution 530 is sealed in the container 510 in a state where the positive electrode 516 and the negative electrode 512 of the outer frame of the coin cell are insulated from each other. As a result, a CR2032 type coin cell lithium-ion battery 500 was prototyped.

なお、本実施形態における電解液530を構成する電解溶媒の例は、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)(ポリプロレン・シート)の環状カーボネート、及び、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等の鎖状カーボネート有機溶媒の混合溶媒である。また、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)や四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)などの支持塩を前述の電解溶媒中に溶解させて使用することができる。 Examples of the electrolytic solvent constituting the electrolytic solution 530 in the present embodiment include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) (polyprolene sheet) cyclic carbonate, dimethyl carbonate (DMC), and diethyl carbonate (DEC). ), Etc. is a mixed solvent of a chain carbonate organic solvent. Further, a supporting salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF) or lithium tetrafluoroborate (LiBF) can be used by dissolving it in the above-mentioned electrolytic solvent.

上述の構造を採用することにより、上述のシリコン微細粒子の存在、あるいは該凝集物あるいは該集合物が備える複層花弁状又は鱗片状の形状の特異性と相まって、それらが黒鉛によって囲われることにより、上述のシリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の自由度をある程度抑制することが、黒鉛と該シリコン微細粒子及び/又は黒鉛と該凝集物あるいは該集合物との協働性を高めることにつながる。その結果、この負極材料を採用することにより、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池を実現することができる。あるいは、充放電容量の増大を実現し得る。 By adopting the above-mentioned structure, the presence of the above-mentioned silicon fine particles, or the peculiarity of the multi-layer petal-like or scaly shape of the aggregate or the aggregate, by enclosing them with graphite. The degree of freedom of the above-mentioned silicon fine particles and / or the agglomerates or the aggregates is suppressed to some extent, so that graphite and the silicon fine particles and / or graphite and the agglomerates or the aggregates cooperate with each other. It leads to enhancement. As a result, by adopting this negative electrode material, it is possible to realize a lithium ion battery in which the charge / discharge capacity does not change much even if charging / discharging is repeated, in other words, the charging / discharging cycle characteristics are good. Alternatively, an increase in charge / discharge capacity can be realized.

<その他の実施形態(1)>
ところで、上述の各実施形態においては、出発材として、単結晶又は多結晶のシリコンの塊又はインゴットの切削過程において形成されるシリコンの切粉等を例示しているが、その他の形態のシリコンの切粉等を出発材とすることも採用し得る他の一態様である。具体的には、シリコンの切粉等は、半導体製品の生産過程におけるシリコンのインゴットの切削加工において必然的に形成されるものに限らず、予め選定した結晶性シリコンのインゴットを切削機で一様に又はランダムに切削して作製することも可能である。また、通常は廃棄物とされるシリコンの切粉やシリコンの研磨屑等のいわゆるシリコン廃材が、上述の各実施形態のシリコン微細粒子等の出発材となり得るが、該シリコン廃材には、ウェハの破片、廃棄ウェハ等を粉砕することによって得られる微細な屑も含まれ得る。さらに、金属性のシリコンの切粉又は金属性のシリコンの研磨屑、あるいは金属性のその他の粒子状のシリコンといった材料を出発材料として用いるシリコン微細粒子等も、採用し得る。
<Other Embodiments (1)>
By the way, in each of the above-described embodiments, as a starting material, silicon chips formed in the cutting process of a single crystal or polycrystalline silicon block or an ingot are exemplified, but other forms of silicon are used. It is another embodiment that can be adopted by using chips or the like as a starting material. Specifically, silicon chips and the like are not limited to those that are inevitably formed in the cutting process of silicon ingots in the production process of semiconductor products, and preselected crystalline silicon ingots are uniformly formed by a cutting machine. It can also be produced by cutting in or at random. Further, so-called silicon waste materials such as silicon chips and silicon polishing chips, which are usually regarded as waste, can be a starting material for the silicon fine particles of each of the above-described embodiments. Fine debris obtained by crushing debris, waste wafers, etc. may also be included. Further, silicon fine particles using a material such as metallic silicon chips or metallic silicon abrasive chips, or metallic other particulate silicon as a starting material can also be adopted.

<その他の実施形態(2)>
また、上述の各実施形態におけるn型結晶性シリコンの不純物濃度は特に限定されない。また、n型のみならず、p型の結晶性シリコンを採用することもできる。さらに、真正半導体である結晶性シリコンも、上述の各実施形態における結晶性シリコンとして採用し得る。なお、リチウムイオン電池の負極材料内における電子の移動が重視されるため、n型の不純物を含有する結晶性シリコンを用いるのがより好適である。また、上述の図7(b)に示す、C(002)面及びC(003)面の各ピーク強度が示す約1wt%〜約3wt%のグラファイトの微粒子がシリコン微細粒子等群又はシリコン微細粒子等の集合物内に含まれていることから、これらのグラファイトの一部又は全部が、負極材料の導電性の向上に寄与し得る点を付言する。
<Other Embodiments (2)>
Further, the impurity concentration of the n-type crystalline silicon in each of the above-described embodiments is not particularly limited. Further, not only n-type but also p-type crystalline silicon can be adopted. Further, crystalline silicon, which is an intrinsic semiconductor, can also be adopted as crystalline silicon in each of the above-described embodiments. Since the movement of electrons in the negative electrode material of the lithium ion battery is important, it is more preferable to use crystalline silicon containing n-type impurities. Further, the graphite fine particles of about 1 wt% to about 3 wt% indicated by the peak intensities of the C (002) plane and the C (003) plane shown in FIG. 7 (b) described above are silicon fine particles or the like or silicon fine particles. It should be added that a part or all of these graphites can contribute to the improvement of the conductivity of the negative electrode material because they are contained in the aggregate of the above.

<その他の実施形態(3)>
また、上述の各実施形態のシリコン微細粒子等及びそれを備えたリチウムイオン電池は、第2の実施形態において紹介したコインセル型式の構造への適用に限定されない。従って、コインセル型式の構造より大きな電気容量のリチウムイオン電池を備える、又は利用する各種デバイス又は装置に適用され得る。
<Other Embodiments (3)>
Further, the silicon fine particles and the like of each of the above-described embodiments and the lithium ion battery provided with the same are not limited to the application to the coin cell type structure introduced in the second embodiment. Therefore, it can be applied to various devices or devices having or using a lithium ion battery having a larger electric capacity than the coin cell type structure.

<その他の実施形態(4)>
また、上述の第1の実施形態における図2に示すリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置100の代替的な装置として、図9に示すリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置200が採用されても良い。具体的には、設備の簡素化及び/又は製造コストの低減の観点から、リチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置200においては、シリコンの切削過程で形成されるシリコンの切粉等を洗浄する洗浄機10が、洗浄されたシリコンの切粉等を粉砕することによってシリコン微細粒子等2を形成する粉砕機20を兼ねている態様である。従って、図9に示す装置/方法においては、例えば、洗浄工程においては比較的大きな径のビーズを用い、粉砕工程においては比較的小さい径のビーズを用いることによって、リチウムイオン電池の負極材料として用いるシリコン微細粒子等2を得ることになる。但し、より確度高く、第1の実施形態において説明したシリコン微細粒子等2を得るためには、第1の実施形態のように、ボールミル機を用いて処理した後のビーズミル機によって、シリコン微細粒子等2を形成することが好ましい。
<Other Embodiments (4)>
Further, as an alternative device to the apparatus 100 for manufacturing the negative electrode material (or negative electrode) of the lithium ion battery shown in FIG. 2 in the first embodiment described above, the negative electrode material (or negative electrode) of the lithium ion battery shown in FIG. 9 The manufacturing apparatus 200 may be adopted. Specifically, from the viewpoint of simplifying the equipment and / or reducing the manufacturing cost, in the negative electrode material (or negative electrode) manufacturing apparatus 200 of the lithium ion battery, silicon chips and the like formed in the silicon cutting process are used. The washing machine 10 for washing the above also serves as a crusher 20 for forming silicon fine particles and the like 2 by crushing the washed silicon chips and the like. Therefore, in the apparatus / method shown in FIG. 9, for example, beads having a relatively large diameter are used in the cleaning step, and beads having a relatively small diameter are used in the crushing step, so that they are used as a negative electrode material for a lithium ion battery. 2 such as silicon fine particles will be obtained. However, in order to obtain the silicon fine particles and the like 2 described in the first embodiment with higher accuracy, the silicon fine particles are used by a bead mill machine after processing using a ball mill machine as in the first embodiment. Etc. 2 is preferably formed.

<その他の実施形態(5)>
また、本願発明者らの分析によれば、第2の実施形態における電解液530に添加されたフルオロエチレンカーボネート(FEC)の量が、充電容量値及び放電容量値、並びに充放電サイクルの特性に影響を及ぼし得ることが明らかとなった。これは、負極材料の表面に良好な(例えば、低抵抗及び/又は薄い)SEI(solid electrolyte interface)を形成するためである。
<Other Embodiments (5)>
Further, according to the analysis by the inventors of the present application, the amount of fluoroethylene carbonate (FEC) added to the electrolytic solution 530 in the second embodiment determines the charge capacity value, the discharge capacity value, and the characteristics of the charge / discharge cycle. It became clear that it could have an impact. This is to form a good (eg, low resistance and / or thin) SEI (solid electrolyte interface) on the surface of the negative electrode material.

上述の各実施形態の開示は、それらの実施形態の説明のために記載したものであって、本発明を限定するために記載したものではない。加えて、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。 The disclosure of each of the above embodiments is provided for the purpose of explaining those embodiments, and is not described for the purpose of limiting the present invention. In addition, modifications that exist within the scope of the invention, including other combinations of each embodiment, are also within the scope of the claims.

本発明のリチウムイオン電池の負極材料及びそれを備えたリチウムイオン電池は、例えば、各種の発電又は蓄電装置(家庭用小型電力貯蔵装置及び大型蓄電システムを含む)、スマートフォン、携帯情報端末、携帯電子機器(携帯電話、携帯用音楽プレイヤー、ノート型パソコン、デジタルカメラ・ビデオ)、電気自動車、ハイブリッド電気自動車(HEV)又はプラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)、モーターを電力源とする自動二輪車、モーターを電力源とする自動三輪車、その他の輸送機械又は車両等を含む多種のデバイスないし装置に対して適することができる。 The negative electrode material of the lithium ion battery of the present invention and the lithium ion battery provided with the negative material include, for example, various power generation or power storage devices (including small household power storage devices and large power storage systems), smartphones, mobile information terminals, and portable electronic devices. Equipment (mobile phones, portable music players, laptop computers, digital cameras / videos), electric vehicles, hybrid electric vehicles (HEV) or plug-in hybrid electric vehicles (PHEV), motor-powered motorcycles, motors It can be suitable for various devices or devices including motorcycles as a power source, other transportation machines or vehicles, and the like.

1 切粉等
2 シリコン微細粒子等
10 洗浄機(洗浄兼予備粉砕機)
11 ボール
13a ポット
13b 蓋
15 回転体
20 粉砕機
21 導入口
22 処理室
24 排出口
25 フィルタ
40 ロータリーエバポレータ
50 酸化膜除去槽
55 フッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液
57 撹拌器
58 遠心分離機
60 被覆形成部
70 複合体形成部
80 混合部
100 リチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置
500 リチウムイオン電池
510 容器
512 負電極
514 負極材及び負極材料
516 正電極
518 正極材及び正極材料
520 セパレータ
530 電解液
540 電源
550 抵抗
1 Chips, etc. 2 Silicon fine particles, etc. 10 Cleaning machine (cleaning and pre-crushing machine)
11 Ball 13a Pot 13b Lid 15 Rotating body 20 Crusher 21 Introduction port 22 Processing room 24 Discharge port 25 Filter 40 Rotary evaporator 50 Oxide film removal tank 55 Hydrofluoric acid or ammonium fluoride aqueous solution 57 Stirrer 58 Centrifugal separator 60 Coating Forming part 70 Composite forming part 80 Mixing part 100 Manufacturing equipment for negative electrode material (or negative electrode) of lithium ion battery 500 Lithium ion battery 510 Container 512 Negative electrode 514 Negative electrode material and negative electrode material 516 Positive electrode 518 Positive electrode material and positive electrode material 520 Separator 530 Electrolyte 540 Power supply 550 Resistance

Claims (15)

薄層状のシリコン微細粒子が鱗状に重なった前記シリコン微細粒子の凝集物又は集合物を含み、
前記凝集物又は前記集合物が黒鉛の層間に取り込まれることによって前記黒鉛が前記凝集物又は前記集合物の少なくとも一部を囲い、且つ、
前記シリコン微細粒子は、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する、
リチウムイオン電池の負極材料。
Agglomerates or aggregates of the silicon fine particles in which thin layered silicon fine particles are stacked in a scale shape are included.
By incorporating the aggregate or the aggregate between layers of graphite, the graphite surrounds at least a part of the aggregate or the aggregate, and
The silicon fine particles have a volume distribution having a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less.
Negative electrode material for lithium-ion batteries.
前記凝集物又は前記集合物が、1wt%〜3wt%のグラファイトの微粒子を含む、
請求項1に記載のリチウムイオン電池の負極材料。
The aggregates or before Symbol collector compound comprises fine particles of 1 wt% to 3 wt% of graphite,
The negative electrode material for the lithium ion battery according to claim 1.
前記シリコン微細粒子が、前記モード径及び前記メジアン径が20nm以下の体積分布を有する、
請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン電池の負極材料。
The silicon fine particles have a volume distribution in which the mode diameter and the median diameter are 20 nm or less.
The negative electrode material of the lithium ion battery according to claim 1 or 2.
前記凝集物又は前記集合物のX線回折測定による、2θ=28.4°付近のSi(111)に帰属する回折ピークの強度が、その他の回折ピークの強度よりも大きい、
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の負極材料。
The intensity of the diffraction peak attributed to Si (111) near 2θ = 28.4 ° by the X-ray diffraction measurement of the aggregate or the aggregate is larger than the intensity of the other diffraction peaks.
The negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 3.
前記黒鉛が膨張黒鉛である、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の負極材料。
The graphite is expanded graphite.
The negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 4.
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の負極材料を備える、
リチウムイオン電池。
The negative electrode material for the lithium ion battery according to any one of claims 1 to 5.
Lithium-ion battery.
請求項6に記載のリチウムイオン電池を備える装置。 The device including the lithium ion battery according to claim 6. 結晶性シリコンを粉砕することにより、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する薄層状のシリコン微細粒子の凝集物又は集合物であって、少なくとも前記シリコン微細粒子が鱗状に重なった前記凝集物又は前記集合物を形成する粉砕部と、
前記凝集物又は前記集合物が黒鉛の層間に取り込まれることにより、前記黒鉛が前記凝集物又は前記集合物の少なくとも一部を囲うことによって、前記黒鉛と前記凝集物又は前記集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成部と、を備える、
リチウムイオン電池の負極材料の製造装置。
By crushing crystalline silicon, it is an agglomerate or aggregate of thin layered silicon fine particles having a volume distribution having a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less, and at least the agglomerates in which the silicon fine particles are stacked in a scale shape. A crushed portion that forms an object or the aggregate, and
A complex containing the graphite and the aggregate or the aggregate by incorporating the aggregate or the aggregate between layers of graphite so that the graphite surrounds at least a part of the aggregate or the aggregate. With a complex forming part that forms a body,
Equipment for manufacturing negative electrode materials for lithium-ion batteries.
前記凝集物あるいは前記集合物の表面上の少なくとも一部を覆う炭素を形成する、被覆形成部と、をさらに備える、
請求項8に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置。
Further comprising a coating forming portion, which forms carbon covering at least a portion of the aggregate or aggregate on the surface.
The apparatus for manufacturing a negative electrode material for a lithium ion battery according to claim 8.
前記結晶性シリコンは、固定砥粒ワイヤによって削り出される切粉又は切削屑である、
請求項8又は請求項9に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置。
The crystalline silicon is chips or cutting chips machined by a fixed abrasive wire.
The apparatus for manufacturing a negative electrode material of a lithium ion battery according to claim 8 or 9.
前記粉砕部が、ボールミル機、及び前記ボールミル機の後に用いられるビーズミル機を備える、
請求項8乃至請求項10のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置。
The crushing unit includes a ball mill machine and a bead mill machine used after the ball mill machine.
The apparatus for manufacturing a negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of claims 8 to 10.
結晶性シリコンを粉砕することにより、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する薄層状のシリコン微細粒子の凝集物又は集合物であって、少なくとも前記シリコン微細粒子が鱗状に重なった前記凝集物又は前記集合物を形成する粉砕工程と、
前記凝集物又は前記集合物が黒鉛の層間に取り込まれることにより、前記黒鉛が、前記凝集物又は前記集合物の少なくとも一部を囲うことによって、前記黒鉛と前記凝集物又は前記集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成工程と、を含む、
リチウムイオン電池の負極材料の製造方法。
By crushing crystalline silicon, it is an agglomerate or aggregate of thin layered silicon fine particles having a volume distribution having a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less, and at least the agglomerates in which the silicon fine particles are stacked in a scale shape. The crushing step of forming an object or the aggregate, and
By incorporating the aggregate or the aggregate between layers of graphite, the graphite encloses at least a part of the aggregate or the aggregate, thereby containing the graphite and the aggregate or the aggregate. Including a complex forming step of forming a complex,
A method for manufacturing a negative electrode material for a lithium ion battery.
前記凝集物あるいは前記集合物の表面上の少なくとも一部を覆う炭素を形成する、被覆形成工程、をさらに含む、
請求項12に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法。
Further comprising a coating forming step, which forms carbon covering at least a portion of the agglomerates or aggregates on the surface.
The method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery according to claim 12.
前記結晶性シリコンは、固定砥粒ワイヤによって削り出される切粉又は切削屑である、
請求項12又は請求項13に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法。
The crystalline silicon is chips or cutting chips machined by a fixed abrasive wire.
The method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery according to claim 12 or 13.
前記粉砕工程において、前記結晶性シリコンをボールミル機による粉砕の後にビーズミル機によって粉砕することにより、前記凝集物あるいは前記集合物を形成する、
請求項12乃至請求項14のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法。
In the pulverization step, the crystalline silicon is pulverized by a ball mill and then pulverized by a bead mill to form the agglomerates or aggregates.
The method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of claims 12 to 14.
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